DE102021129932A1 - Error detection in the operation of a device for detecting a touch of a capacitive element - Google Patents
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Abstract
Gemäß einem Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements (3) wird das kapazitive Element (3) während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen geladen und anschließend innerhalb desselben Messzyklus wird eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element (3) auf ein weiteres kapazitives Element (5) übertragen. Nach der Vielzahl von Messzyklen wird ein Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element (5) übertragene Gesamtladungsmenge bestimmt. Es wird geprüft, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist. Abhängig von einem Ergebnis der Prüfung wird das Vorliegen eines Fehlers festgestellt und ein Fehlertyp des Fehlers bestimmt.According to a method for error detection when operating a device for detecting a touch of a capacitive element (3), the capacitive element (3) is charged during each measurement cycle of a plurality of consecutive measurement cycles and then within the same measurement cycle, a charge quantity from the capacitive element (3). another capacitive element (5) transmitted. After the multiplicity of measuring cycles, a measured value relating to a total amount of charge transferred to the further capacitive element (5) during the multiplicity of measuring cycles is determined. It is checked whether the measured value is less than or equal to a predetermined first threshold value and whether the measured value is greater than or equal to a predetermined second threshold value. Depending on a result of the check, the presence of an error is determined and an error type of the error is determined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements, wobei das kapazitive Element während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen geladen wird und anschließend eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf ein weiteres kapazitives Element übertragen wird und nach der Vielzahl von Messzyklen ein Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge bestimmt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion einer Benutzereingabe, die eine Berührung eines kapazitiven Elements durch einen Benutzer beinhaltet, eine Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements, ein Benutzereingabegerät mit einer solchen Vorrichtung, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Benutzereingabegerät sowie ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a method for error detection when operating a device for detecting a touch of a capacitive element, wherein the capacitive element is charged during each measurement cycle of a plurality of consecutive measurement cycles and then a charge amount is transferred from the capacitive element to another capacitive element and after the plurality of measurement cycles, a measured value relating to a total amount of charge transferred to the further capacitive element during the plurality of measurement cycles. The invention also relates to a method for detecting user input that includes a user touching a capacitive element, a device for detecting touching a capacitive element, a user input device with such a device, a motor vehicle with such a user input device, and a computer program product.
Im Dokument
Solche Schaltkreise können beispielsweise zur kapazitiven Erkennung von Benutzereingaben verwendet werden, wobei die Annäherung oder Berührung des Sensorplättchens durch den Benutzer die Kapazität der Sensorplatte ändert und dadurch die Berührung oder Annäherung detektiert werden kann. Insbesondere kann eine solche Berührungserkennung für Anwendungen im Innenraum von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, beispielsweise bei der Erkennung der Betätigung von berührungsempfindlichen Bedienfeldern oder Bedienelementen.Such circuits can be used, for example, for the capacitive detection of user inputs, with the approach or touch of the sensor plate by the user changing the capacitance of the sensor plate and the touch or approach being able to be detected as a result. In particular, such a touch detection can be used for applications in the interior of motor vehicles, for example when detecting the actuation of touch-sensitive control panels or control elements.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements in der eingangs beschriebenen Weise eine Möglichkeit zur Fehlerdetektion und insbesondere zur Fehlerklassifizierung anzugeben.It is an object of the present invention, when detecting a touching of a capacitive element in the manner described at the outset, to specify a possibility for fault detection and in particular for fault classification.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the respective subject matter of the independent claims. Advantageous developments and preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf der Idee, die auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge nach der Vielzahl von Messzyklen anhand des Messwerts derart zu prüfen, dass festgestellt wird, ob der Messwert kleiner oder gleich einem ersten Schwellwert ist oder ob er größer oder gleich einem zweiten Schwellwert ist. Abhängig davon wird der Fehlertyp des Fehlers bestimmt.The invention is based on the idea of checking the total amount of charge transferred to the further capacitive element after the large number of measurement cycles using the measured value in such a way that it is determined whether the measured value is less than or equal to a first threshold value or whether it is greater than or equal to a second threshold value is. Depending on this, the error type of the error is determined.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements angegeben. Das kapazitive Element wird dabei während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinander folgender Messzyklen geladen, beispielsweise vollständig geladen, und anschließend wird innerhalb desselben Messzyklus eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf ein weiteres kapazitives Element übertragen. Mit anderen Worten wird in jedem Messzyklus das kapazitive Element geladen und ein Teil der Ladung von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragen. Nach der Vielzahl von Messzyklen, also insbesondere nach Ende aller Messzyklen der Vielzahl von Messzyklen, wird, insbesondere mittels einer Auswerteeinheit, ein Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element übertragene, insbesondere von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragene, Gesamtladungsmenge bestimmt. Es wird geprüft, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und es wird geprüft, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist. Der zweite Schwellwert ist größer als der erste Schwellwert. Abhängig von einem Ergebnis der Prüfung wird das Vorliegen eines Fehlers festgestellt und ein Fehlertyp des Fehlers bestimmt, insbesondere mittels der Auswerteeinheit.According to one aspect of the invention, a method for error detection when operating a device for detecting a touch of a capacitive element is specified. In this case, the capacitive element is charged, for example fully charged, during each measurement cycle of a plurality of successive measurement cycles, and then within the same measurement cycle a quantity of charge is transferred from the capacitive element to a further capacitive element. In other words, the capacitive element is charged in each measuring cycle and part of the charge is transferred from the capacitive element to the further capacitive element. After the large number of measuring cycles, i.e. in particular after the end of all measuring cycles of the large number of measuring cycles, a measured value relating to a value transmitted during the large number of measuring cycles overall to the further capacitive element, in particular from the capacitive element to the further capacitive element, is transmitted, in particular by means of an evaluation unit element transferred, total amount of charge determined. It is checked, in particular by means of the evaluation unit, whether the measured value is less than or equal to a predetermined first threshold value and it is checked, in particular by means of the evaluation unit, whether the measured value is greater than or equal to a predetermined second threshold value. The second threshold is greater than the first threshold. Depending on a result of the check, the presence of an error is determined and an error type of the error is determined, in particular by means of the evaluation unit.
Zum Bestimmen des Messwerts kann beispielsweise eine an dem weiteren kapazitiven Element anliegende Spannung beziehungsweise die über dem weiteren kapazitiven Element abfallende Spannung gemessen werden. Der Messwert entspricht also insbesondere einem Spannungswert oder hängt von einem entsprechenden Spannungswert des weiteren kapazitiven Elements ab. Die Spannungsmessung zur Bestimmung des Messwerts erfolgt dabei insbesondere erst, wenn die Vielzahl von Messzyklen beendet ist.To determine the measured value, for example, a voltage present at the further capacitive element or the voltage drop across the further capacitive element can be measured. The measured value therefore corresponds in particular to a voltage value or depends on a corresponding voltage value of the further capacitive element. In particular, the voltage measurement for determining the measured value only takes place when the large number of measurement cycles has ended.
In bevorzugten Ausführungsformen entspricht der Messwert einer Differenz zwischen dem Spannungswert und einem Referenzspannungswert.In preferred embodiments, the measured value corresponds to a difference between the voltage value and a reference voltage value.
Der Referenzspannungswert kann dabei beispielsweise einer vor der Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen gemessener vorheriger Spannungswert des weiteren kapazitiven Elements sein.The reference voltage value can be, for example, a previous voltage value of the further capacitive element measured before the plurality of consecutive measurement cycles.
Statt den nach der Vielzahl von Messzyklen gemessenen Spannungswert also direkt mit dem Schwellwert zu vergleichen oder dessen Differenz zu einem festen Referenzwert mit dem Schwellwert zu vergleichen, kann auf diese Weise ein dynamisch nachgeführter Referenzspannungswert realisiert werden. Detektiert wird dann insbesondere die Änderung in der Spannung, die an dem weiteren kapazitiven Element anliegt. Diese Änderung kann insbesondere auf eine Berührung des kapazitiven Elements durch einen Benutzer und eine resultierende Vergrößerung der Kapazität des kapazitiven Elements zurückgehen. Folglich steigt die in einem einzelnen Messzyklus von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element an und somit auch die Gesamtladungsmenge. Durch den dynamisch nachgeführten Referenzspannungswert können beispielsweise Temperaturschwankungen kompensiert werden, so dass eine zuverlässigere Berührungsdetektion ermöglicht wird. Sind solche Schwankungen vernachlässigbar, kann jedoch auch ein statischer Referenzspannungswert verwendet werden.Instead of comparing the voltage value measured after the plurality of measurement cycles directly with the threshold value or comparing its difference to a fixed reference value with the threshold value, a dynamically tracked reference voltage value can be implemented in this way. In particular, the change in the voltage which is present at the further capacitive element is then detected. In particular, this change may be due to a user touching the capacitive element and a resulting increase in the capacitance of the capacitive element. Consequently, in a single measurement cycle, the charge increases from the capacitive element to the further capacitive element and thus also the total amount of charge. The dynamically tracked reference voltage value can be used to compensate for temperature fluctuations, for example, so that more reliable touch detection is made possible. However, if such fluctuations are negligible, a static reference voltage value can also be used.
Die während eines Messzyklus von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragene Ladungsmenge entspricht nicht notwendigerweise genau der Ladungsmenge, die beim Laden des kapazitiven Elements während desselben Messzyklus auf das kapazitive Element geladen wurde. Beispielsweise kann beim Laden des kapazitiven Elements ein Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element unterbunden werden und zum Übertragen der Ladungsmenge kann der Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element zugelassen werden.The amount of charge transferred from the capacitive element to the further capacitive element during a measurement cycle does not necessarily correspond exactly to the amount of charge that was loaded onto the capacitive element during the charging of the capacitive element during the same measurement cycle. For example, when charging the capacitive element, a charge equalization between the capacitive element and the further capacitive element can be suppressed and the charge equalization between the capacitive element and the further capacitive element can be allowed to transfer the amount of charge.
Während die Ladung sich im Verlauf der Vielzahl von aufeinanderfolgenden Messzyklen auf dem weiteren kapazitiven Element zur Gesamtladungsmenge akkumuliert, kann das kapazitive Element beispielsweise nach jedem einzelnen Messzyklus oder innerhalb jedes einzelnen Messzyklus entladen, also zurückgesetzt, werden.While the charge accumulates on the further capacitive element over the course of the large number of successive measurement cycles to form the total amount of charge, the capacitive element can be discharged, ie reset, for example after each individual measurement cycle or within each individual measurement cycle.
Ein Messzyklus kann also mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte beinhalten, die unterschiedlichen Zuständen des kapazitiven Elements und des weiteren kapazitiven Elements beziehungsweise eines Schaltkreises mit dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element entsprechen. Das kapazitive Element kann beispielsweise als Kondensator ausgestaltet sein oder eine einzelne Sensorfläche beinhalten, wobei die Kapazität des kapazitiven Elements dann beispielsweise durch die Eigenkapazität der Sensorfläche, beispielsweise gegenüber einem Massepotential, gegeben sein kann.A measuring cycle can therefore contain a number of successive sections which correspond to different states of the capacitive element and the further capacitive element or of a circuit with the capacitive element and the further capacitive element. The capacitive element can be designed as a capacitor, for example, or contain a single sensor area, in which case the capacitance of the capacitive element can then be given, for example, by the intrinsic capacitance of the sensor area, for example with respect to a ground potential.
Das weitere kapazitive Element kann ebenfalls als Kondensator ausgestaltet sein. Die Dimensionierung des weiteren kapazitiven Elements ist dabei insbesondere derart gewählt, dass eine Kapazität des weiteren kapazitiven Elements um ein Vielfaches größer ist eine maximale Kapazität des kapazitiven Elements. Beispielsweise kann das Verhältnis der Kapazität des weiteren kapazitiven Elements zur maximalen Kapazität des kapazitiven Elements im Bereich 10 bis 1000 liegen, insbesondere im Bereich 100 bis 1000.The additional capacitive element can also be designed as a capacitor. The dimensioning of the further capacitive element is selected in particular in such a way that a capacitance of the further capacitive element is many times greater than a maximum capacitance of the capacitive element. For example, the ratio of the capacitance of the further capacitive element to the maximum capacitance of the capacitive element can be in the range from 10 to 1000, in particular in the range from 100 to 1000.
Die Auswerteeinheit kann auch als eine Recheneinheit angesehen werden oder eine Recheneinheit enthalten. Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.The evaluation unit can also be regarded as an arithmetic unit or contain an arithmetic unit. A computing unit can be understood in particular as a data processing device, so the computing unit can in particular process data for carrying out computing operations. This may also include operations to perform indexed accesses to a data structure, for example a look-up table (LUT).
Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.In particular, the processing unit can contain one or more computers, one or more microcontrollers and/or one or more integrated circuits, for example one or more application-specific integrated circuits, ASICs (English: “application-specific integrated circuit”), one or more field-programmable gate Arrays, FPGA, and/or one or more single-chip systems, SoC (English: "system on a chip"). The computing unit can also have one or more processors, for example one or more microprocessors, one or more central processing units, CPU, one or more graphics processor units, GPU and/or contain one or more signal processors, in particular one or more digital signal processors, DSP. The computing unit can also contain a physical or a virtual network of computers or other of the units mentioned.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstelle und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.In various exemplary embodiments, the computing unit includes one or more hardware and/or software interfaces and/or one or more memory units.
Abhängig von dem Messwert kann die Auswerteeinheit beispielsweise, insbesondere wenn kein Fehler vorliegt, die Kapazität des kapazitiven Elements abhängig von dem Messwert bestimmen. Indem die Bestimmung der Kapazität des kapazitiven Elements also indirekt über die auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge erfolgt, kann die Genauigkeit bei der Kapazitätsbestimmung signifikant erhöht werden, da nicht die sehr viel geringeren Spannungen, die an dem kapazitiven Element selbst anliegen, gemessen und ausgewertet werden müssen.Depending on the measured value, the evaluation unit can, for example, determine the capacitance of the capacitive element depending on the measured value, in particular if there is no error. Since the capacitance of the capacitive element is determined indirectly via the total amount of charge transferred to the other capacitive element, the accuracy of the capacitance determination can be significantly increased, since the much lower voltages that are present at the capacitive element itself are not measured and evaluated Need to become.
Die Vorrichtung zur Detektion der Berührung des kapazitiven Elements, insbesondere durch einen Benutzer, kann insbesondere die Auswerteeinheit sowie den Schaltkreis mit dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element beinhalten. Bei dem Fehler kann es sich dann insbesondere um einen Fehler der Vorrichtung oder in der Vorrichtung beziehungsweise zur Versorgung oder zum Betrieb der Vorrichtung handeln.The device for detecting touching of the capacitive element, in particular by a user, can in particular contain the evaluation unit and the circuit with the capacitive element and the further capacitive element. The error can then in particular be an error in the device or in the device or in the supply or in the operation of the device.
Insbesondere handelt es sich bei dem Fehler um einen Fehler, der den Messwert beeinflusst. Es kann sich also beispielsweise um eine Offenschaltung, auch als Open-Load oder Open-Circuit bezeichnet, handeln, bei der eine Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element unterbrochen oder teilweise unterbrochen ist. Es kann sich bei dem Fehler auch um einen Kurzschluss der Verbindungsleitung mit einem anderen Anschluss, beispielsweise einem Referenzpotentialanschluss, insbesondere einem Masseanschluss, oder einem Spannungsversorgungsanschluss handeln.In particular, the error is an error that influences the measured value. It can therefore be an open circuit, also referred to as an open load or open circuit, for example, in which a connecting line between the capacitive element and the further capacitive element is interrupted or partially interrupted. The error can also be a short circuit of the connecting line to another connection, for example a reference potential connection, in particular a ground connection, or a voltage supply connection.
Je nachdem, ob und welche Art von Fehler vorliegt, welcher Fehlertyp also vorliegt, hat dies unterschiedliche Auswirkungen auf den Messwert. Liegt beispielsweise eine Offenschaltung vor, so kann das kapazitive Element beispielsweise weniger geladen werden, als dies beim fehlerlosen Betrieb der Fall wäre. Dementsprechend kann auch weniger Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragen werden. Dementsprechend ist der Messwert kleiner, als im fehlerfreien Betrieb zu erwarten wäre. Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn ein Kurzschluss zum Massepotential vorliegt. Hier kann die Ladung des kapazitiven Elements beziehungsweise die Übertragung von Ladung auf das weitere kapazitive Element vollständig zum Erliegen kommen, so dass der Messwert letztlich noch geringer ist. Im Falle eines Kurzschlusses zur Versorgungsspannung wird das weitere kapazitive Element beispielsweise vollständig geladen, so dass nach Ende der Vielzahl von Messzyklen stets dieselbe maximale Spannung ausgelesen wird. Der Messwert ist dementsprechend deutlich höher, als im fehlerfreien Betrieb zu erwarten ist.Depending on whether and what type of error is present, i.e. what type of error is present, this has different effects on the measured value. If, for example, there is an open circuit, the capacitive element can be charged less, for example, than would be the case with error-free operation. Accordingly, less charge quantity can be transferred from the capacitive element to the further capacitive element. Accordingly, the measured value is smaller than would be expected in error-free operation. A similar situation occurs when there is a short circuit to ground potential. Here the charge of the capacitive element or the transfer of charge to the further capacitive element can come to a complete standstill, so that the measured value is ultimately even lower. In the event of a short circuit to the supply voltage, the further capacitive element is fully charged, for example, so that the same maximum voltage is always read out after the end of the large number of measurement cycles. Accordingly, the measured value is significantly higher than can be expected in error-free operation.
Indem erfindungsgemäß zwei oder mehr Schwellwerte vorgesehen sind und der Messwert sowohl dahingehend analysiert wird, ob er größer oder gleich des zweiten Schwellwerts ist und ob er kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert ist, können unterschiedliche Fehlertypen identifiziert werden. Dementsprechend können unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet werden, je nachdem welcher Fehlertyp vorliegt.By providing two or more threshold values according to the invention and analyzing the measured value to determine whether it is greater than or equal to the second threshold value and whether it is less than or equal to the first threshold value, different error types can be identified. Accordingly, different measures can be initiated, depending on the type of error.
Um zu prüfen, ob der Messwert kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist, kann die Auswerteeinheit beispielsweise den Messwert mit dem ersten Schwellwert vergleichen und, falls der Messwert größer ist als der erste Schwellwert, den Messwert auch mit dem zweiten Schwellwert vergleichen.In order to check whether the measured value is less than or equal to the first threshold and whether the measured value is greater than or equal to the second threshold, the evaluation unit can, for example, compare the measured value with the first threshold and, if the measured value is greater than the first threshold, the Also compare the measured value with the second threshold value.
Hier und im Folgenden wird angenommen, dass der Messwert positiv ist. Alternativ kann der Messwert auch als Absolutwert eines negativen Messwerts verstanden werden. Gegebenenfalls sind die Vorzeichen und Ungleichungen entsprechend zu invertieren.Here and in the following it is assumed that the measured value is positive. Alternatively, the measured value can also be understood as the absolute value of a negative measured value. If necessary, the signs and inequalities are to be inverted accordingly.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Messwert mit dem ersten Schwellwert verglichen. Wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem ersten Schwellwert kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert ist, so wird das Vorliegen des Fehlers festgestellt und der Fehler wird einem vordefinierten ersten Fehlertyp zugeordnet.In accordance with at least one embodiment of the method, the measured value is compared with the first threshold value. If the measured value according to the comparison with the first threshold value is less than or equal to the first threshold value, then the presence of the error is determined and the error is assigned to a predefined first error type.
Das Vergleichen des Messwerts mit dem ersten Schwellwert kann dabei insbesondere als Teil der Prüfung aufgefasst werden, ob der Messwert kleiner oder gleich dem vorgegebenen ersten Schwellwert ist. Indem der Fehler dem ersten Fehlertyp zugeordnet wird, wird der Fehlertyp insbesondere als der erste Fehlertyp bestimmt.The comparison of the measured value with the first threshold value can in particular be regarded as part of the check as to whether the measured value is less than or equal to the predetermined first threshold value. In particular, by assigning the error to the first error type, the error type is determined to be the first error type.
Der erste Fehlertyp kann beispielsweise einem Kurzschluss der elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element zum Massepotential entsprechen. Der erste Fehlertyp kann auch einer Situation entsprechen, in der entweder einer Kurzschluss zum Massepotential oder eine Offenschaltung vorliegt, wobei nicht bestimmt wird, welche der beiden Situationen vorliegt. Je nachdem wie groß der erste Schwellwert ist, können beide Varianten realisiert werden.The first type of error can correspond, for example, to a short circuit in the electrical connecting line between the capacitive element and the further capacitive element to ground potential. The first type of fault may also correspond to a situation where either a short to ground potential or an open circuit exists, with no determination of which of the two situations exists. Depending on the size of the first threshold value, both variants can be implemented.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Messwert mit dem zweiten Schwellwert verglichen, wenn, insbesondere nur wenn beziehungsweise genau dann, wenn, der Messwert größer ist als der erste Schwellwert. Wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem zweiten Schwellwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist, so wird das Vorliegen des Fehlers festgestellt und der Fehler wird einem zweiten Fehlertyp zugeordnet.In accordance with at least one embodiment, the measured value is compared to the second threshold value if, in particular only if or precisely when, the measured value is greater than the first threshold value. If the measured value according to the comparison with the second threshold value is greater than or equal to the second threshold value, then the presence of the error is determined and the error is assigned to a second error type.
Das Vergleichen des Messwerts mit dem zweiten Schwellwert kann insbesondere als Teil der Prüfung verstanden werden, ob der Messwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist. Indem der Fehler dem zweiten Fehlertypen zugeordnet wird, wird der Fehlertyp insbesondere als der zweite Fehlertyp bestimmt.The comparison of the measured value with the second threshold value can be understood in particular as part of the check as to whether the measured value is greater than or equal to the second threshold value. In particular, by associating the error with the second error type, the error type is determined to be the second error type.
Der zweite Fehlertyp kann insbesondere einen Kurzschluss der elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element zu dem Versorgungsspannungsanschluss entsprechen. Der Versorgungsspannungsanschluss kann beispielsweise zum Anschließen einer Spannungsquelle an das kapazitive Element dienen, um das kapazitive Element während der Vielzahl von Messzyklen zu laden.The second type of error can correspond in particular to a short circuit in the electrical connection line between the capacitive element and the further capacitive element to the supply voltage connection. The supply voltage connection can be used, for example, to connect a voltage source to the capacitive element in order to charge the capacitive element during the multiplicity of measurement cycles.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Messwert mit einem dritten vorgegebenen Schwellwert verglichen, wenn, insbesondere nur wenn beziehungsweise genau dann, wenn der Messwert größer ist als der erste Schwellwert. Wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem dritten Schwellwert kleiner oder gleich dem dritten Schwellwert ist, so wird das Vorliegen des Fehlers festgestellt und der Fehler wird einem dritten Fehlertyp zugeordnet.In accordance with at least one embodiment, the measured value is compared to a third predefined threshold value if, in particular only if or precisely when the measured value is greater than the first threshold value. If the measured value according to the comparison with the third threshold value is less than or equal to the third threshold value, then the presence of the error is determined and the error is assigned to a third error type.
Der Vergleich des Messwerts mit dem dritten Schwellwert erfolgt dabei insbesondere bevor der Messwert gegebenenfalls in entsprechenden Ausführungsformen mit dem zweiten Schwellwert verglichen wird. Insbesondere ist der dritte Schwellwert größer als der erste Schwellwert und kleiner als der zweite Schwellwert.The comparison of the measured value with the third threshold value takes place in particular before the measured value is optionally compared with the second threshold value in corresponding embodiments. In particular, the third threshold is greater than the first threshold and less than the second threshold.
In solchen Ausführungsformen kann der erste Fehlertyp beispielsweise dem Kurzschluss zum Referenzpotentialanschluss, also zum Massepotentialanschluss, entsprechen und der dritte Fehlertyp kann der Offenschaltung entsprechen.In such specific embodiments, the first error type can correspond, for example, to the short circuit to the reference potential connection, ie to the ground potential connection, and the third error type can correspond to the open circuit.
Indem zunächst der Vergleich mit dem ersten Schwellwert durchgeführt wird und nur dann der Vergleich mit dem dritten Schwellwert, wenn der Messwert größer ist als der erste Schwellwert, können die entsprechenden Fehlertypen eindeutig zugeordnet werden.By initially comparing with the first threshold value and only then comparing with the third threshold value if the measured value is greater than the first threshold value, the corresponding error types can be unambiguously assigned.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Messwert mit dem zweiten Schwellwert verglichen, wenn, insbesondere nur wenn, beispielsweise genau dann, wenn der Messwert größer ist als der dritte Schwellwert.According to at least one embodiment, the measured value is compared to the second threshold value if, in particular only if, for example exactly when the measured value is greater than the third threshold value.
Insbesondere kann der erste Fehlertyp dem Kurzschluss der Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element mit dem Referenzpotentialanschluss entsprechen und/oder der dritte Fehlertyp einer Unterbrechung oder teilweisen Unterbrechung der elektrischen Verbindungsleitung, also einer Offenschaltung, und/oder der zweite Fehlertyp kann dem Kurzschluss der Verbindungsleitung mit dem Versorgungsspannungsanschluss entsprechen.In particular, the first type of error can correspond to the short circuit in the connecting line between the capacitive element and the further capacitive element with the reference potential connection and/or the third type of error can correspond to an interruption or partial interruption of the electrical connecting line, i.e. an open circuit, and/or the second type of error can correspond to the short circuit correspond to the connection line with the supply voltage connection.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, festgestellt, dass der Fehler nicht vorliegt, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem zweiten Schwellwert kleiner als der zweite Schwellwert ist.According to at least one embodiment, it is determined, in particular by means of the evaluation unit, that the error is not present if the measured value according to the comparison with the second threshold value is less than the second threshold value.
Insbesondere wird festgestellt, dass der Fehler nicht vorliegt, wenn gemäß den beschriebenen Vergleichen der Messwert größer ist als der erste Schwellwert, größer als der dritte Schwellwert und kleiner als der zweite Schwellwert.In particular, it is determined that the error is not present if, according to the comparisons described, the measured value is greater than the first threshold value, greater than the third threshold value and less than the second threshold value.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält jeder der Messzyklen einen Ladeabschnitt, wobei das Laden des kapazitiven Elements während des Ladeabschnitts erfolgt. Jeder der Messzyklen enthält einen Übertragungsabschnitt, wobei das Übertragen der Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element während des Übertragungsabschnitts erfolgt.According to at least one embodiment, each of the measurement cycles includes a charging portion, wherein the charging of the capacitive element occurs during the charging portion. Each of the measurement cycles includes a transfer section, with the charge quantity being transferred from the capacitive element to the further capacitive element during the transfer section.
Der Übertragungsabschnitt liegt dabei nach dem Ladeabschnitt desselben Messzyklus, folgt aber nicht notwendigerweise unmittelbar auf diesen. Insbesondere beinhaltet jeder Messzyklus der Vielzahl von Messzyklen mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte, die den Ladeabschnitt und den Übertragungsabschnitt enthalten.The transmission section follows the loading section of the same measurement cycle, but does not necessarily follow it immediately. In particular, each measurement cycle of the plurality of measurement cycles includes a plurality of consecutive sections including the loading section and the transmission section.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält jeder der Messzyklen einen Zwischenabschnitt zwischen dem Ladeabschnitt und dem Übertragungsabschnitt, wobei das kapazitive Element während des Zwischenabschnitts weder geladen noch entladen wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist jeder der Messzyklen einen weiteren Zwischenabschnitt vor dem Ladeabschnitt oder nach dem Übertragungsabschnitt auf, wobei das kapazitive Element während des weiteren Zwischenabschnitts weder geladen noch entladen wird.According to at least one embodiment, each of the measurement cycles includes an intermediate portion between the charging portion and the transmitting portion, wherein the capacitive element is neither charged nor discharged during the intermediate portion. According to at least one embodiment, each of the measurement cycles has a further intermediate section before the charging section or after the transmission section, wherein the capacitive element is neither charged nor discharged during the further intermediate section.
Beispielsweise kann jeder Messzyklus den Ladeabschnitt, den Zwischenabschnitt, den Übertragungsabschnitt und den weiteren Zwischenabschnitt in dieser Reihenfolge beinhalten oder daraus bestehen. Alternativ kann jeder der Messzyklen den weiteren Zwischenabschnitt, den Ladeabschnitt, den Zwischenabschnitt und den Übertragungsabschnitt in dieser Reihenfolge beinhalten oder daraus bestehen.For example, each measurement cycle may include or consist of the loading section, the intermediate section, the transmission section, and the further intermediate section in that order. Alternatively, each of the measurement cycles may include or consist of the further intermediate section, the charging section, the intermediate section and the transmission section in that order.
Wie oben erläutert, kann durch die entsprechende Beschaltung des kapazitiven Elements und des weiteren kapazitiven Elements ein Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element während des Ladeabschnitts unterbunden werden und während des Übertragungsabschnitts zugelassen werden. Durch die Zwischenabschnitte kann vermieden werden, dass beim Umschalten von dem Ladeabschnitt zu dem Übertragungsabschnitt oder umgekehrt Leckströme von dem weiteren kapazitiven Element ausgehend die Messung verfälschen.As explained above, by appropriate wiring of the capacitive element and of the further capacitive element, a charge equalization between the capacitive element and the further capacitive element can be prevented during the charging section and allowed during the transmission section. The intermediate sections can prevent leakage currents from the further capacitive element from falsifying the measurement when switching over from the charging section to the transmission section or vice versa.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Detektion einer Benutzereingabe angegeben, wobei die Benutzereingabe die Berührung eines kapazitiven Elements durch einen Benutzer beinhaltet. Das Verfahren zur Detektion einer Benutzereingabe beinhaltet die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fehlerdetektion. Die Benutzereingabe oder die Berührung wird abhängig von dem Messwert bestimmt, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, insbesondere wenn abhängig von dem Ergebnis der Prüfung festgestellt wird, dass der Fehler nicht vorliegt.According to a further aspect of the invention, a method for detecting a user input is also provided, the user input including a user touching a capacitive element. The method for detecting a user input includes carrying out a method for error detection according to the invention. The user input or the touch is determined depending on the measured value, in particular by means of the evaluation unit, in particular if it is determined based on the result of the check that the error is not present.
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit den Messwert mit einem weiteren Schwellwert vergleichen, der größer ist als der erste Schwellwert und kleiner ist als der zweite Schwellwert. Insbesondere ist der weitere Messwert größer als der dritte Schwellwert. Die Benutzereingabe oder die Berührung wird detektiert, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem weiteren Schwellwert größer ist als der weitere Schwellwert und insbesondere kleiner als der zweite Schwellwert.For example, the evaluation unit can compare the measured value with a further threshold value that is greater than the first threshold value and smaller than the second threshold value. In particular, the further measured value is greater than the third threshold value. The user input or the touch is detected if the measured value according to the comparison with the further threshold value is greater than the further threshold value and in particular less than the second threshold value.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements angegeben. Die Vorrichtung weist einen Anschluss auf, um das kapazitive Element mit der Vorrichtung zu verbinden. Die Vorrichtung weist einen Schaltkreis auf, der dazu eingerichtet ist, während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinander folgender Messzyklen das kapazitive Element mit einer Spannungsquelle zu verbinden, um das kapazitive Element zu laden und anschließend innerhalb desselben Messzyklus eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf ein weiteres kapazitives Element der Vorrichtung zu übertragen. Die Vorrichtung weist eine Auswerteeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, nach der Vielzahl von Messzyklen einen Messwert betreffend eine während der Anzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge zu bestimmen. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, zu prüfen, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, abhängig von einem Ergebnis der Prüfung das Vorliegen eines Fehlers festzustellen und einen Fehlertyp des Fehlers zu bestimmen.According to a further aspect of the invention, a device for detecting a touch of a capacitive element is specified. The device has a terminal to connect the capacitive element to the device. The device has a circuit that is set up to connect the capacitive element to a voltage source during each measurement cycle of a plurality of successive measurement cycles in order to charge the capacitive element and subsequently, within the same measurement cycle, transfer an amount of charge from the capacitive element to another capacitive element To transfer element of the device. The device has an evaluation unit which is set up to determine, after the plurality of measurement cycles, a measured value relating to a total amount of charge transferred to the further capacitive element during the number of measurement cycles. The evaluation unit is set up to check whether the measured value is less than or equal to a predefined first threshold value and whether the measured value is greater than or equal to a predefined second threshold value. The evaluation unit is set up to determine the presence of an error and to determine an error type of the error depending on a result of the test.
Im Allgemeinen ist das kapazitive Element nicht notwendigerweise Bestandteil der Vorrichtung. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung, insbesondere der Schaltkreis, jedoch das kapazitive Element beinhalten. Das weitere kapazitive Element kann beispielsweise ebenfalls Teil des Schaltkreises sein.In general, the capacitive element is not necessarily part of the device. In various embodiments, however, the device, in particular the circuit, can include the capacitive element. The further capacitive element can also be part of the circuit, for example.
Ebenso ist im Allgemeinen die Spannungsquelle nicht notwendigerweise Bestandteil der Vorrichtung. Die Vorrichtung kann aber in verschiedenen Ausführungsformen die Spannungsquelle beinhalten.Likewise, in general, the voltage source is not necessarily part of the device. However, in various embodiments, the device may include the voltage source.
Um das kapazitive Element mit der Spannungsquelle zu verbinden beziehungsweise um die Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element zu übertragen, kann der Schaltkreis beispielsweise entsprechende Schaltelemente sowie eine Steuerung zur Steuerung der Schaltelemente aufweisen. Die Steuerung kann in verschiedenen Ausgestaltungsformen auch Teil der Auswerteeinheit sein.In order to connect the capacitive element to the voltage source or to transfer the amount of charge from the capacitive element to the further capacitive element, the circuit can have, for example, corresponding switching elements and a controller for controlling the switching elements. In various configurations, the controller can also be part of the evaluation unit.
Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Mikrocontroller beinhalten.In particular, the evaluation unit can contain a microcontroller.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Auswerteeinheit einen Analog-Digital-Wandler, ADC, der mit dem weiteren kapazitiven Element verbindbar ist, um den Messwert zu bestimmen, insbesondere um eine über dem weiteren kapazitiven Element abfallende Spannung als den Messwert zu bestimmen.According to at least one embodiment, the evaluation unit includes an analog-to-digital converter, ADC, which can be connected to the additional capacitive element in order to determine the measured value, in particular in order to determine a voltage drop across the additional capacitive element as the measured value.
Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßes Verfahrens zur Fehlerdetektion und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion einer Benutzereingabe und jeweils umgekehrt. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen oder sie führt ein solches Verfahren durch.Further embodiments of the device according to the invention follow directly from the different embodiments of the method according to the invention for error detection and the method according to the invention for detecting a user input and vice versa. In particular, a device according to the invention can be set up to carry out a method according to the invention or it carries out such a method.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Benutzereingabegerät, auch als Benutzereingabeschnittstelle bezeichnet, angegeben, insbesondere ein Benutzereingabegerät zur Verwendung in einem Kraftfahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs. Das Benutzereingabegerät weist ein kapazitives Element auf, das zur Berührung durch einen Benutzer angeordnet und geeignet ist. Das Benutzereingabegerät enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung.According to a further aspect of the invention, a user input device, also referred to as a user input interface, is specified, in particular a user input device for use in a motor vehicle interior of a motor vehicle. The user input device includes a capacitive element arranged and adapted to be touched by a user. The user input device contains a device according to the invention.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Benutzereingabegerät angegeben.According to a further aspect of the invention, a motor vehicle with a user input device according to the invention is also specified.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung der Befehle durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere durch die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, veranlassen die Befehle die Vorrichtung dazu, ein erfindungsgemäßen Verfahren zur Fehlerdetektion oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements durchzuführen.According to a further aspect of the invention, a computer program product with instructions is provided. When the commands are executed by a device according to the invention, in particular by the evaluation unit of the device according to the invention, the commands cause the device to carry out a method according to the invention for error detection or a method according to the invention for detecting a touch of a capacitive element.
Das Computerprogramm kann beispielsweise als Computerprogramm mit den Befehlen ausgestaltet sein. Das Computerprogrammprodukt kann auch als computerlesbares Speichermedium mit einem Computerprogramm ausgestaltet sein, das die Befehle beinhaltet.The computer program can be configured as a computer program with the commands, for example. The computer program product can also be designed as a computer-readable storage medium with a computer program that contains the instructions.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen von der Erfindung umfasst sein. Es sind insbesondere auch Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown in the figures can be included in the invention not only in the combination specified in each case, but also in other combinations. In particular, the invention also includes versions and combinations of features that do not have all the features of an originally formulated claim. The invention also encompasses designs and combinations of features that go beyond or deviate from the combinations of features set out in the back references of the claims.
In den Figuren zeigen:
-
1a eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand; -
1b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus1a in einem Zwischenzustand; -
1c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus1 b und1c in einem Ladezustand; -
1d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus1 a bis1c in einem Übertragungszustand; -
1 e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus1 a bis1 d in einem Auslesezustand; -
2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Teils einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
3 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Teils einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
4 schematisch verschiedene Schwellwerte in einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
5a eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand; -
5b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus5a in einem Zwischenzustand; -
5c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus5b und5c in einem Ladezustand; -
5d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus5a bis5c in einem Übertragungszustand; -
5e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus5a bis5d in einem Auslesezustand; -
6a eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand; -
6b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus6a in einem Zwischenzustand; -
6c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus6b und6c in einem Ladezustand; -
6d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus6a bis6c in einem Übertragungszustand; -
6e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus6a bis6d in einem Auslesezustand; -
7a eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand; -
7b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus7a in einem Zwischenzustand; -
7c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus7b und7c in einem Ladezustand; -
7d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus7a bis7c in einem Übertragungszustand; und -
7e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus7a bis7d in einem Auslesezustand.
-
1a a schematic representation of an exemplary embodiment of a device according to the invention in an initialization state; -
1b a schematic representation of the device1a in an intermediate state; -
1c a schematic representation of the device1 b and1c in a state of charge; -
1d a schematic representation of the device1 a until1c in a transmission state; -
1 e a schematic representation of the device1 a until1d in a readout state; -
2 a flowchart of a first part of an exemplary embodiment of a method according to the invention; -
3 a flowchart of a second part of an exemplary embodiment of a method according to the invention; -
4 schematically different threshold values in an exemplary embodiment of a method according to the invention; -
5a a schematic representation of a further exemplary embodiment of a device according to the invention in an initialization state; -
5b a schematic representation of the device5a in an intermediate state; -
5c a schematic representation of the device5b and5c in a state of charge; -
5d a schematic representation of the device5a until5c in a transmission state; -
5e a schematic representation of the device5a until5d in a readout state; -
6a a schematic representation of a further exemplary embodiment of a device according to the invention in an initialization state; -
6b a schematic representation of the device6a in an intermediate state; -
6c a schematic representation of the device6b and6c in a state of charge; -
6d a schematic representation of the device6a until6c in a transmission state; -
6e a schematic representation of the device6a until6d in a readout state; -
7a a schematic representation of a further exemplary embodiment of a device according to the invention in an initialization state; -
7b a schematic representation of the device7a in an intermediate state; -
7c a schematic representation of the device7b and7c in a state of charge; -
7d a schematic representation of the device7a until7c in a transmission state; and -
7e a schematic representation of the device7a until7d in a readout state.
In
Das Benutzereingabegerät 1 weist ein kapazitives Element 3 auf, das zur Berührung durch einen Benutzer angeordnet und eingerichtet ist. Das kapazitive Element 3 kann beispielsweise als berührungsempfindliche Folie oder berührungsempfindliches Sensorplättchen ausgestaltet sein. Der Benutzer kann eine Oberfläche des kapazitiven Elements 3 beispielsweise berühren oder sich ihr mit einem Finger nähern, um eine Benutzereingabe zu tätigen. Durch die Annäherung oder Berührung des kapazitiven Elements 3 durch den Benutzer ändert sich dessen Kapazität. Die Vorrichtung 2 ist dazu in der Lage, die Kapazität oder die Veränderung der Kapazität des kapazitiven Elements 3 zu bestimmen und basierend darauf auf das Vorliegen der Benutzereingabe zu schließen.The
Die Kapazität des kapazitiven Elements 3 kann dabei als Eigenkapazität gegenüber einem Massepotential verstanden werden. Daher ist das kapazitive Element 3 in den Figuren
Die Vorrichtung 2 weist einen Anschluss 4 auf, um das kapazitive Element 3, insbesondere einen zweiten Anschluss des kapazitiven Elements 3, mit der Vorrichtung 2 zu verbinden, sowie ein weiteres kapazitives Element 5, das beispielsweise als Kondensator ausgestaltet sein kann.The
Der zweite Anschluss des kapazitiven Elements 3 ist mit einem ersten Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 verbunden. Der zweite Anschluss des kapazitiven Elements 3 ist dabei insbesondere direkt mit dem Sensorplättchen oder der berührungsempfindlichen Folie oder dergleichen verbunden oder wird dadurch gebildet. Ein zweiter Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 ist mit einem ersten Anschluss 7 einer Auswerteeinheit 6 der Vorrichtung 2 verbunden. Ein zweiter Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 ist mit dem zweiten Anschluss des kapazitiven Elements sowie mit dem ersten Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 verbunden. Die Auswerteeinheit 6 kann beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen sonstigen integrierten Schaltkreis beinhalten.The second connection of the
Die Vorrichtung 2 weist auch einen Schaltkreis auf, der in den Figuren
Die Auswerteeinheit 6 weist außerdem einen Analog-Digital-Wandler, ADC, 11 auf, der mit dem zweiten Anschluss 8 verbindbar ist. Insbesondere kann der Schaltkreis den ADC 11 je nach Zustand der Vorrichtung 2 mit dem zweiten Anschluss 8 verbinden oder davon trennen.The
Die
Ein solcher Fehler, der auch als Offenschaltung, „open load“ oder „open circuit“ bezeichnet werden kann, kann beispielsweise auf eine nicht korrekt verbundene Steckverbindung, einen Defekt des Sensorplättchen oder der berührungsempfindlichen Folie oder dergleichen zurückgehen.Such an error, which can also be referred to as an open circuit, "open load" or "open circuit", can be traced back to an incorrectly connected plug connection, a defect in the sensor plate or the touch-sensitive film or the like.
In
In
Bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden verschiedene Zustände S0, S1, S2, S3, S4 der Vorrichtung 2, wie sie in
Die Zustände S1 bis S3 bilden einen Messzyklus, wobei zur Durchführung des Verfahrens eine Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen durchgeführt wird. Wie sich
In einer Ausführungsform des Verfahrens wie es in
Im Zustand S0 verbindet die Steuerung mittels des Schaltkreises den ersten Anschluss 7 sowie den zweiten Anschluss 8 jeweils mit dem Referenzpotentialanschluss 9. Damit sind der erste und der zweite Anschluss des kapazitiven Elements 3 sowie der erste und der zweite Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 jeweils mit dem Referenzpotentialanschluss 9 verbunden. Dementsprechend werden während des Initialisierungszustands S0 sowohl das kapazitive Element 3 als auch das weitere kapazitive Element 5 entladen. Im darauffolgenden ersten Zwischenabschnitt wird die Vorrichtung 2 in den Zwischenzustand S1, der auch als Schaltzustand oder Umschaltzustand bezeichnet werden kann, gebracht. Hier werden die Anschlüsse 7 und 8 der Auswerteeinheit 6 von dem Referenzpotentialanschluss 9 getrennt. Die Vorrichtung 2 bleibt während des Zwischenabschnitts für eine Zwischendauer, die beispielsweise kleiner als 1 µs ist, beispielsweise zwischen 0,1 µs und 1 µs liegt, in dem Zwischenzustand S1.In state S0, the controller uses the circuit to connect the
Danach überführt die Steuerung mittels des Schaltkreises die Vorrichtung 2 in den Ladezustand S2. Im Vergleich zum Zwischenzustand S1 wird hier der zweite Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 mit der Spannungsquelle 10 verbunden, um so das kapazitive Element 3 zu laden. Indem beispielsweise der erste Anschluss 7 intern auf eine hohe Impedanz gesetzt wird, ändert sich dabei die Ladungsmenge auf dem weiteren kapazitiven Element 5 nicht. Der Ladezustand S2 wird für eine vorgegebene Ladedauer beibehalten, die beispielsweise im Bereich von 1 µs bis 10 µs liegen kann. Danach wird die Vorrichtung 2 während eines weiteren Zwischenabschnitts wieder in den Zwischenzustand S1 gebracht. Eine weitere Zwischendauer des weiteren Zwischenabschnitts kann beispielsweise gleich der Zwischendauer des Zwischenabschnitts sein.Thereafter, the controller transfers the
Während eines darauffolgenden Übertragungsabschnitts wird die Vorrichtung 2 durch die Steuerung des Schaltkreises in den Übertragungszustand S3, der auch als Transferzustand bezeichnet werden kann, gebracht. Hier wird der zweite Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 nun auf eine hohe Impedanz gesetzt, und der erste Anschluss 7 wird mit dem Referenzpotentialanschluss 9 verbunden. Dadurch kann ein Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element 3 und dem weiteren kapazitiven Element 5 stattfinden. Die Kapazität des weiteren kapazitiven Element 5 ist um ein Vielfaches höher gewählt als die maximale Kapazität des weiteren kapazitiven Elements 3, so dass effektiv eine durch die beiden Kapazitäten bestimmte Ladungsmenge von dem kapazitiven Element 3 auf das weitere kapazitive Element 5 übertragen wird.During a subsequent transmission section, the
Eine Übertragungsdauer des Übertragungsabschnitts kann beispielsweise in einem Bereich von 0,5 µs bis 5 µs oder in einem Bereich von 0,5 µs bis 2 µs oder dergleichen liegen. Eine Auslesedauer des Auslesezeitraums kann beispielsweise in einem Bereich von 0,5 bis 5 µs oder einem Bereich von 0,5 µs bis 2 µs liegen.A transmission duration of the transmission section can be, for example, in a range from 0.5 μs to 5 μs or in a range from 0.5 μs to 2 μs or the like. A readout duration of the readout period can be, for example, in a range from 0.5 to 5 μs or in a range from 0.5 μs to 2 μs.
Die Zustände S1, S2, S1, S3 werden in dieser Reihenfolge, wie in
Nach dem Ausleseabschnitt kann die Auswerteeinheit 6 den so bestimmten Messwert mit zwei oder mehr vorgegeben Schwellwerten vergleichen, um festzustellen, ob ein Fehler vorliegt, und wenn ja, dem Fehler einen Fehlertyp zuzuordnen.After the readout section, the
In
In Schritt S5 des Verfahrens in
Wird in Schritt S5 nicht festgestellt, dass der Messwert kleiner ist als der Schwellwert 12a, so wird der Messwert in Schritt S9 mit dem Schwellwert 12b verglichen. Ist der Messwert kleiner als der Schwellwert 12b, so wird das Verfahren mit Schritt S10 fortgeführt, anderenfalls mit Schritt S13. In Schritt S10 wird ein zweiter Zählerwert um ein Inkrement erhöht, da gemäß dem Vergleich aus Schritt S9 eine Offenschaltung vorliegt. In Schritt S11 kann analog wie bezüglich Schritt S7 beschrieben, der zweite Zählerwert mit einem entsprechenden zweiten Fehlerbestätigungswert verglichen werden. Ist der zweite Zählerwert größer als der zweite Fehlerbestätigungswert, so kann ein entsprechendes weiteres Fehlerbit in Schritt S12 gesetzt werden, was das Vorliegen der Offenschaltung bestätigt. Sodann kann das Verfahren mit dem nächsten Messzyklus weitergeführt werden oder das Benutzereingabegerät 1 wie beschrieben deaktiviert werden oder dergleichen.If it is not determined in step S5 that the measured value is less than the
Wird in Schritt S9 festgestellt, dass der Messwert nicht kleiner ist als der Schwellwert 12b, so wird in Schritt S13 der Messwert mit dem Schwellwert 12c verglichen. Ist der Messwert größer als der Schwellwert 12c, so wird das Verfahren mit Schritt S14 fortgesetzt, anderenfalls mit Schritt S17. In Schritt S14 wird, analog wie bezüglich Schritt S6 beziehungsweise S10 beschrieben, ein dritter Zählerwert um ein Inkrement erhöht, um der Feststellung eines Kurzschlusses zum Spannungsversorgungsanschluss 17 anhand des Vergleichs aus Schritt S13 Rechnung zu tragen. In Schritt S15 wird, analog wie bezüglich Schritt S7 und Schritt S11 beschrieben, der dritte Zählerwert mit einem dritten Fehlerbestätigungswert verglichen. Ist der dritte Zählerwert größer als der dritte Fehlerbestätigungswert, so wird in Schritt S16 ein entsprechendes Fehlerbit gesetzt. Sodann kann der nächste Messzyklus durchgeführt werden oder das Benutzereingabegerät 1 entsprechend deaktiviert werden.If it is established in step S9 that the measured value is not less than the
Wird in Schritt S13 festgestellt, dass der Messwert kleiner ist als der Schwellwert 12c, so befindet sich der Messwert also insbesondere zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 12c. Dies ist der Bereich, der für einen fehlerfreien Betrieb der Vorrichtung 2 zu erwarten ist. Dementsprechend wird in Schritt S17 festgestellt, dass kein Fehler vorliegt.If it is determined in step S13 that the measured value is less than the threshold value 12c, then the measured value is in particular between the
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 6 durch Vergleich des Messwerts mit einem weiteren Schwellwert 13 bestimmen, ob eine Berührung durch den Benutzer vorliegt oder nicht. Ist der Messwert größer als der weitere Schwellwert 13, so kann davon ausgegangen werden, dass eine Berührung vorliegt, ist der Messwert kleiner als der weitere Schwellwert 13, so liegt keine Berührung vor. Es kann jedoch auch eine Hysterese berücksichtigt werden, indem ein Schwellwert 14 vorgesehen ist, der etwas kleiner ist als der Schwellwert 13. Es kann dann beispielsweise eine Berührung detektiert werden, wenn der Messwert größer ist als der Schwellwert 13 und so lange er größer ist als der Schwellwert 14. Die Schwellwerte 13 und 14 liegen jeweils zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 12c. Außerdem ist eine Baseline oder Bezugslinie 15 eingezeichnet, die zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 13 liegt, insbesondere zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 14. Die Bezugslinie 15 kann beispielsweise nachgeführt werden, so dass die Detektion basierend auf einer Veränderung des Messwerts bezüglich der Bezugslinie 15 detektiert werden kann.For example, by comparing the measured value with a
In verschiedenen Ausführungsformen kann neben den Zählerwerten für die Fehler auch ein jeweiliger weiterer Zählerwert vorgesehen werden, der jeweils um ein Inkrement erhöht wird, wenn der entsprechende Fehlertyp am Ende des entsprechenden Messzyklus festgestellt nicht wird. Wird also nach einem Messzyklus entsprechend dem beschriebenen Verfahren festgestellt, dass kein Fehler vorliegt, so können alle weiteren Zähler betreffend die Heilung um 1 Inkrement erhöht werden. Es kann auch ein individuelles Vorgehen implementiert sein, indem für jeden Fehlertyp spezifisch entschieden wird, ob der weitere Fehlerspeicher betreffend die Heilung des jeweiligen Fehlertyps inkrementiert wird. Es kann dann ebenfalls ein entsprechender Heilungsbestätigungsgrenzwert für jeden der Zähler vorgesehen sein und das entsprechende Fehlerbit beispielsweise zurückgesetzt werden, wenn dieser erreicht ist. Der Fehler ist dann nicht mehr aktiv. Es kann jedoch in einem Speicherelement gespeichert werden, dass der Fehler vorlag, um eine entsprechende Dokumentation zu gewährleisten.In various embodiments, in addition to the counter values for the errors, a respective further counter value can also be provided, which is each increased by an increment if the corresponding error type is not determined at the end of the corresponding measurement cycle. If, after a measurement cycle according to the method described, it is determined that there is no error, all other counters relating to the healing can be increased by 1 increment. An individual procedure can also be implemented, in that a specific decision is made for each type of error as to whether the further error memory relating to the healing of the respective type of error is incremented. A corresponding healing confirmation limit value can then also be provided for each of the counters and the corresponding error bit can be reset, for example, when this is reached. The error is then no longer active. However, it can be stored in a memory element that the error was present in order to ensure appropriate documentation.
Wie insbesondere bezüglich der Figuren beschrieben, ermöglicht es die Erfindung, verschiedene Fehlertypen in einer Vorrichtung zur Detektion der Berührung eines kapazitiven Elements, insbesondere basierend auf einem Q-Charge-Verfahren, zu detektieren und zu klassifizieren.As described in particular with reference to the figures, the invention makes it possible to detect and classify different types of faults in a device for detecting touching of a capacitive element, in particular based on a Q-Charge method.
Insbesondere für Anwendungen in Kraftfahrzeugen kann so das Erfordernis einer elektrischen Fehlerdetektion umfassend erfüllt werden. Speziell Benutzereingabegeräte, die mit sicherheitsrelevanten Funktionen verknüpft sind, beispielsweise mit Funktionen zur Gefahrenwarnung, zur Beleuchtungssteuerung, für eine Parkbremse oder zum Sperren und Entsperren der Türen des Fahrzeugs, ist eine zuverlässige und differenzierte Fehleranalyse gemäß der Erfindung von Vorteil. Die Erfindung kann selbstverständlich auch auf mehrere kapazitive Elemente beziehungsweise mehrere Benutzereingabegeräte, also mehrere berührungsempfindliche Elemente, insbesondere im Fahrzeug angewendet werden. Es ist dann Vorteil, jedes Benutzereingabegerät mit individuellen Schwellwerten zu versehen, um Unterschieden in der konkreten Ausführung, Toleranzbereichen oder Leitungskapazitäten ausreichend Rechnung zu tragen.In this way, the requirement for electrical fault detection can be comprehensively met, particularly for applications in motor vehicles. A reliable and differentiated error analysis according to the invention is advantageous especially for user input devices that are linked to safety-related functions, for example functions for warning of hazards, for lighting control, for a parking brake or for locking and unlocking the doors of the vehicle. The invention can of course also be applied to a number of capacitive elements or a number of user input devices, ie a number of touch-sensitive elements, in particular in the vehicle. It is then advantageous to provide each user input device with individual threshold values in order to take sufficient account of differences in the specific design, tolerance ranges or line capacities.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 6466036 B1 [0002]US 6466036 B1 [0002]
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US6466036B1 (en) | 1998-11-25 | 2002-10-15 | Harald Philipp | Charge transfer capacitance measurement circuit |
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Family Cites Families (2)
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