DE112011101944T5

DE112011101944T5 - Kapazitives Messsystem mit erhöhter Robustheit gegenüber elektronmagnetischen Störungen

Info

Publication number: DE112011101944T5
Application number: DE112011101944T
Authority: DE
Inventors: Michael Virnich; Laurent Lamesch; David Hoyer; Aloyse Schoos
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: WO2011154459A1; DE112011101944B4; US8988080B2; US20130169291A1

Abstract

Ein kapazitives Messverfahren, das die Schritte vom Kennzeichnen des Sendesignals durch Modulieren eines Zwischenträgersignals auf dem Sendesignal unter Verwendung von Modulationstechniken des Stands der Technik; Validieren des Ergebnisses des Bestimmungsschrittes durch Demodulieren des Zwischenträgersignals aus dem Antwortsignal aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der kapazitiven Messschaltungen und insbesondere ein kapazitives Messsystem mit einer oder mehreren Elektroden, wobei die Merkmale eines leitfähigen Körpers, wie die Form und die Platzierung, durch eine kapazitive Kopplung über den elektrisch leitfähigen Körper bestimmt werden.
Hintergrund der Erfindung
Kapazitive Mess- und/oder Erkennungssysteme verfügen über einen weiten Anwendungsbereich und werden unter anderem häufig für die Erkennung des Vorliegens und/oder der Position eines leitfähigen Körpers in der Nähe einer Elektrode des Systems verwendet. Ein kapazitiver Sensor, der manchmal als elektrischer Feldsensor oder Näherungssensor bezeichnet wird, bezeichnet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss von etwas, das gefühlt wird (eine Person, ein Körperteil einer Person, ein Haustier, ein Objekt, etc.), auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen mindestens eine Antennenelektrode, an die ein elektrisches Schwingungssignal angelegt wird und die daraufhin in einen Bereich im Raum nahe der Antennenelektrode ein elektrisches Feld ausstrahlt, während der Sensor in Betrieb ist. Der Sensor weist mindestens eine Messelektrode auf, die selber die eine oder die mehreren Antennenelektroden aufweisen könnte, an der der Einfluss eines Objekts oder eines Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird.
Das technische Dokument mit dem Titel "Electric Field Sensing for Graphical Interfaces" von J. R. Smith, veröffentlicht in Computer Graphics I/O Devices, Ausgabe Mai/Juni 1998, Seiten 54–60, beschreibt das Konzept der elektrischen Feldmessung, wie sie zur Durchführung berührungsloser dreidimensionaler Positionsmessungen und insbesondere zur Messung der Position einer menschlichen Hand zum Zwecke der Eingabe von dreidimensionalen Positionen in einen Computer verwendet wird. Innerhalb des allgemeinen Konzepts der kapazitiven Messung unterscheidet der Autor zwischen distinkten Mechanismen, die er als ”loading mode” (Lademodus), ”shunt mode” (Parallelmodus) und ”transmit mode” (Sendemodus) bezeichnet, was verschiedenen möglichen Wegen für den elektrischen Strom entspricht. Im Lademodus wird ein Spannungsschwingungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein elektrisches Schwingungsfeld an Erde aufbaut. Das zu messende Objekt modifiziert die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und der Masse. Im ”Parallelmodus”, der auch als ”Kopplungsmodus” bezeichnet wird, wird ein Spannungsschwingungssignal an die Sendeelektrode angelegt, wobei ein elektrisches Feld an eine Empfängerelektrode aufgebaut wird, und die an der Empfängerelektrode induzierte Verschiebungsstromstärke wird gemessen, wodurch die Verschiebungsstromstärke durch den gemessenen Körper modifiziert werden kann. Im ”Sendemodus” wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Berührung gebracht, der dann zu einem Sender relativ zu einem Empfänger wird, und zwar entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über eine kapazitive Kopplung.
Die kapazitive Kopplung wird im Allgemeinen durch das Anlegen eines Wechselspannungssignals an eine kapazitive Antennenelektrode und durch Messen des von der Antennenelektrode entweder zur Masse (im Lademodus) oder im Kopplungsmodus in die zweite Elektrode (Empfängerelektrode) fließenden Stroms. Dieser Strom wird normalerweise durch einen Transimpedanzverstärker gemessen, der an die Messelektrode angeschlossen ist und einen in die Messelektrode fließenden Strom in eine Spannung umwandelt, die zu dem in die Elektrode fließenden Strom proportional ist.
Aufgrund dieses Messprinzips sind diese kapazitiven Messsysteme im Allgemeinen gegenüber parasitären elektrischen Feldern, die das um die Antennenelektrode erzeugte elektrische Feld stören und somit die kapazitive Erkennung beeinflussen können, recht empfindlich. Solche parasitären elektrischen Felder können von allen Arten von aktiven Sendern (elektrische Vorrichtungen, usw.) erzeugt werden, die demnach das Potenzial haben, die Leistung von kapazitiven Erkennungssystemen negativ zu beeinflussen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, den Einfluss von aktiven Sendern auf die Erkennungsleistung zu verringern.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Um die vorstehend genannten Probleme zu überwinden, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur kapazitiven Erkennung vor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

• Kennzeichnen eines Sendesignals durch Modulieren eines Zwischenträgers auf dem Signal unter Verwendung von Modulationstechniken des Stands der Technik;
• Demodulieren des Zwischenträgers aus einem Nutz-/Empfangssignal, um die Gültigkeit des Signals nachzuweisen.

In einer Ausführungsform weist ein derartiges Verfahren zum kapazitiven Erkennen zum Beispiel die folgenden Schritte auf:

• Erzeugen eines Steuersignals und Übermitteln des Steuersignals an einen Sender, wobei das Steuersignal den Sender veranlasst, ein Sendesignal zu erzeugen;
• Erkennen eines Antwortsignals, wobei das Antwortsignal auf ein Übertragungsverhalten eines Übertragungskanals für das Sendesignal anspricht;
• Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem Antwortsignal;

• Kennzeichnen des Sendesignals durch Modulieren eines Zwischenträgersignals auf dem Sendesignal;
• Validieren des Ergebnisses des Bestimmungsschrittes durch Demodulieren des Zwischenträgersignals aus dem Antwortsignal.

Der Validierungsschritt weist vorzugsweise ferner den Schritt des Bestimmens zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem demodulierten Antwortsignal auf. Des Weiteren weist der Schritt des Kennzeichnens des Sendesignals vorzugsweise die folgenden Schritte auf:

• Erzeugen eines Trägersignals und eines Zwischenträgersignals,
• Übermitteln des Trägersignals und des Zwischenträgersignals an einen ersten Modulator, und
• Übermitteln des Ausgangssignals des ersten Modulators als Steuersignal an den Sender.

Es wird klar sein, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren zum kapazitiven Messen die folgenden Schritte aufweist:

• Erzeugen eines Trägersignals,
• Erzeugen eines ersten Zwischenträgersignals,
• Übermitteln des Trägersignals und des ersten Zwischenträgersignals an einen ersten Modulator, und
• Übermitteln des Ausgangssignals des ersten Modulators als ein erstes Steuersignal an einen Sender, wobei das erste Steuersignal den Sender veranlasst, ein erstes Sendesignal zu erzeugen;
• Erkennen eines ersten Antwortsignals, wobei das erste Antwortsignal auf ein Übertragungsverhalten eines Übertragungskanals für das erste Sendesignal anspricht;
• Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem ersten Antwortsignal;

• Erzeugen eines zweiten Zwischenträgersignals,
• Übermitteln des Trägersignals und des zweiten Zwischenträgersignals an den ersten Modulator, und
• Übermitteln des Ausgangssignals des ersten Modulators als ein zweites Steuersignal an den Sender, wobei das zweite Steuersignal den Sender veranlasst, ein zweites Sendesignal zu erzeugen;
• Erkennen eines zweiten Antwortsignals, wobei das zweite Antwortsignal auf ein Übertragungsverhalten des Übertragungskanals für das zweite Sendesignal anspricht;
• Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem ersten Antwortsignal;
• Demodulieren des Zwischenträgers aus dem zweiten Antwortsignal; und
• Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem demodulierten zweiten Antwortsignal.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens ist das erste Zwischenträgersignal ein Gleichstromsignal und das zweite Zwischenträgersignal ist ein Zeitvariablen-Signal. In einer weiteren möglichen Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Schritte des Modulierens von bekannten Informationen auf dem Zwischenträgersignal und des Demodulierens der bekannten Informationen aus dem Zwischenträger, um den Ursprung des Antwortsignals weiter zu bestätigen, auf. Die bekannten Informationen umfassen z. B. ein Binärprotokoll. Bei einer erkannten Störung kann ein oder können mehrere Bitwerte in dem Binärprotokoll geändert werden, um die Robustheit der Messung zu erhöhen.
In weiteren möglichen Ausführungsformen der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Frequenzsprungverfahren des Trägersignals und/oder des Zwischenträgersignals auf, um die Verfügbarkeit des Systems bei einer entdeckten Störung und/oder die Änderung von übertragenen Informationen bei einer entdeckten Störung zu gewährleisten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, das die Bauteile eines kapazitiven Erkennungssystems des Stands der Technik im Kopplungsmodus zeigt;
2 eine schematische Ansicht eines kapazitiven Erkennungssystems im Kopplungsmodus in einer Anwendung für die Insassenerkennung auf einem Fahrzeugsitz zeigt;
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, das die Bauteile eines kapazitiven Erkennungssystems des Stands der Technik im Lademodus zeigt;
4 eine schematische Ansicht eines kapazitiven Erkennungssystems im Lademodus in einer Anwendung für die Insassenerkennung auf einem Fahrzeugsitz zeigt;
5 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, das die Bauteile einer ersten Ausführungsform eines kapazitiven Erkennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung im Kopplungsmodus zeigt;
6 eine schematische Ansicht des kapazitiven Erkennungssystems aus 5 in einer Anwendung für die Insassenerkennung auf einem Fahrzeugsitz zeigt;
7 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, das die Bauteile einer zweiten Ausführungsform eines kapazitiven Erkennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung im Kopplungsmodus zeigt;
8 eine schematische Ansicht des kapazitiven Erkennungssystems aus 7 in einer Anwendung für die Insassenerkennung auf einem Fahrzeugsitz ist;
9 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, das die Bauteile einer ersten Ausführungsform eines kapazitiven Erkennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung im Lademodus zeigt;
10 eine schematische Ansicht des kapazitiven Erkennungssystems aus 9 in einer Anwendung für die Insassenerkennung auf einem Fahrzeugsitz ist;
11 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, das die Bauteile einer zweiten Ausführungsform eines kapazitiven Erkennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung im Lademodus zeigt;
12 eine schematische Ansicht des kapazitiven Erkennungssystems aus 11 in einer Anwendung für die Insassenerkennung auf einem Fahrzeugsitz ist.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Heutige kapazitive Erkennungssysteme im Kopplungsmodus entsprechen meist dem in 1 gezeigten Blockdiagramm. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Sendesignal
3: Übertragungskanal
4: Empfangssignal
6: Messeinheit
30: Störeinfluss
35: Steuereinheit
36: Steuersignal
37: Nutzsignal
38: Datenausgang
40: Nutzsignalextraktor

Eine Steuereinheit 35 erzeugt ein Steuersignal 36, das der Sender 1 benötigt, um ein Sendesignal 2 zu erzeugen, und das ein Nutzsignalextraktor 40 benötigt, um das Empfangssignal 4 in das Nutzsignal 37 umzuwandeln. Das Sendesignal 2 passiert einen Übertragungskanal 3. Der Übertragungskanal 3, z. B. ein komplexer Scheinwiderstand Z(jw), hat ein gewisses Übertragungsverhalten. Das Übertragungsverhalten wirkt sich unmittelbar auf das Empfangssignal 4 und somit das Nutzsignal 37 aus, das von der Steuereinheit 35 ausgewertet wird. In Abhängigkeit der Eigenschaften des Nutzsignals schließt die Steuereinheit 35 auf das Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 3, z. B. auf den Scheinwiderstand Z(jw), und leitet Informationen ab, die über das Datenausgangssignal 38 an die Umgebung abgegeben werden.
Der Sender 1, der Nutzsignalextraktor 40 und die Steuereinheit 35 können (müssen jedoch nicht) als eine Einheit 6 konfiguriert sein.
Störeinflüsse 30, wie eine externe Strahlung (EMI), können auch in den Übertragungskanal 3 dringen. Diese Einflüsse verursachen einen Störsignalanteil in dem Empfangssignal 4 und somit ein Störsignal in dem Nutzsignal 37. Der Störsignalanteil in dem Nutzsignal 37 kann das Potenzial haben, die Bestimmung des Übertragungsverhaltens des Übertragungskanals 3 zu beeinträchtigen. Folglich können die durch die Steuereinheit 35 aus dem Nutzsignal 37 abgeleiteten Informationen falsch sein.
Eine typische Anwendung des Erkennungssystems aus 1 in Bezug auf das Gebiet eines kapazitiven Insassenerkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist in 2 gezeigt. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

7: Wechselspannung
8: Sendeelektrode
9: elektrisches Feld
10: Person, deren Anwesenheit erkannt werden muss
11: Empfangselektrode
12: niederohmiger Strommesser
13: Erdpotenzial
14: Wechselstrom
31: elektrisches Störfeld
32: Fahrzeugsitz
35: Steuereinheit
38: Datenausgang
39: gemessener Wechselstrom

Das kapazitive System ist in einen Fahrzeugsitz 32 eingebaut. Sein Zweck besteht darin, den Belegungszustand des Fahrzeugsitzes zu bestimmen, um die Airbag-Entfaltung bei einem Unfall einzustellen.
Eine Steuereinheit 35 gibt ein Messsignal an eine Wechselspannungsquelle 7 aus, die eine entsprechende Spannung an der Sendeelektrode 8 ansteuert. Eine Empfängerelektrode 11 ist über einen niederohmigen Strommesser 12 an Erdpotenzial 13 angeschlossen. Auf Grund des Potenzialunterschieds zwischen der Sendeelektrode 8 und der Empfängerelektrode 11 baut sich ein elektrisches Feld 9 auf und lässt den Wechselstrom 14 fließen. Der Wechselstrom kann eine konstante oder eine variierende Frequenz aufweisen, wenn die Frequenz der Wechselspannungsquelle 7 auch variiert. Der Strom wird von dem niederohmigen Strommesser 12 gemessen und z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel und die Amplitude ausgewertet, um zu bestimmen, ob eine Person 10 auf dem Fahrzeugsitz 32 sitzt oder nicht. Auch die Änderung des Phasenwinkels und der Amplitude des Stroms im Verlauf der Frequenz können Gegenstand einer Auswertung sein. Der erkannte Zustand der Sitzbelegung wird über den Datenausgang 38 der Airbag-Steuereinheit des Fahrzeugs übermittelt, um bei einem Unfall die Airbag-Entfaltung anzupassen.
Elektrische Störfelder 31, die in die Person 10 oder in die Empfängerelektrode 11 gekoppelt werden, können einen Störsignalanteil in dem gemessenen Wechselstrom 14 über den Nutzanteil hinaus verursachen, dessen Hauptursprung die an die Sendeelektrode 8 angelegte Wechselspannung 7 ist. Der Störsignalanteil in dem Wechselstrom 14 verursacht einen Störanteil in dem gemessenen Wechselstrom 39, der von der Steuereinheit 35 ausgewertet wurde. Der Störanteil kann das Potenzial haben, eine falsche Einordnung auszulösen, z. B. wird eine Person erkannt, wenn sich keine Person auf dem Beifahrersitz befindet, oder die Person wird nicht erkannt, obwohl sie auf dem Sitz sitzt. Diese falsche Einordnung kann eine Gefahr darstellen, wenn z. B. ein Kindersitz als eine Person erkannt wird, was gegebenenfalls bei einem Unfall das Entfalten des Airbags aktiviert.
Kapazitive Erkennungssysteme des Stands der Technik im Lademodus entsprechen normalerweise dem in 3 gezeigten Blockdiagramm. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Sendesignal
3: Übertragungskanal
4: Empfangssignal
6: Messeinheit
13: Erdpotenzial
30: Störeinfluss
35: Steuereinheit
36: Steuersignal
37: Nutzsignal
38: Datenausgang
40: Nutzsignalextraktor
41: senderinternes Signal

Eine Steuereinheit 35 erzeugt ein Steuersignal 36, das der Sender 1 benötigt, um ein Sendesignal 2 zu erzeugen, und das der Nutzsignalextraktor 40 benötigt, um das senderinterne Signal 41 in das Nutzsignal 37 umzuwandeln. Das Sendesignal 2 passiert einen Übertragungskanal 3. Der Übertragungskanal 3, z. B. ein komplexer Scheinwiderstand Z(jw) an Erdpotenzial 13, weist ein gewisses Übertragungsverhalten auf. Das senderinterne Signal 41 hängt unmittelbar von dem Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 3 ab. Änderungen an dem Sendesignal 2 oder an dem Übertragungskanal 3 wirken sich unmittelbar auf das senderinterne Signal 41 und somit auf das Nutzsignal 37 aus, das von der Steuereinheit 35 ausgewertet wird. In Abhängigkeit der Eigenschaften des Nutzsignals 37 schließt die Steuereinheit 35 auf das Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 3, z. B. auf den Scheinwiderstand Z(jw) an Erdpotenzial 13, und leitet Informationen ab, die über das Datenausgangssignal 38 an die Umgebung abgegeben werden. Der Sender 1, der Nutzsignalextraktor 40 und die Steuereinheit 35 können, müssen jedoch nicht, als eine Einheit 6 realisiert sein.
Störeinflüsse 30, wie eine externe Strahlung (EMI), können in den Übertragungskanal 3 dringen. Diese Einflüsse verursachen einen Störsignalanteil in dem senderinternen Signal 41 und somit ein Störsignal in dem Nutzsignal 37. Der Störsignalanteil in dem Nutzsignal 37 kann das Potenzial haben, die Bestimmung des Übertragungsverhaltens des Übertragungskanals 3 zu beeinträchtigen. Folglich könnten die durch die Steuereinheit 35 von dem Nutzsignal 37 hergeleiteten Informationen falsch sein.
Eine typische Anwendung des Erkennungssystems aus 3 in Bezug auf das Gebiet eines kapazitiven Insassenerkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist in 4 gezeigt. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

7: Wechselspannungsquelle
8: Sendeelektrode
9: elektrisches Feld
10: Person, deren Anwesenheit erkannt werden muss
12: niederohmiger Strommesser
13: Erdpotenzial
14: Sendestrom
21: mögliche Abschirmelektrode
32: Fahrzeugsitz
26: Kapazität einer Person an Erdpotenzial
31: elektrisches Störfeld
35: Steuereinheit
36: Messsignal
38: Datenausgang
39: gemessener Wechselstrom

Das kapazitive System ist in einen Fahrzeugsitz 32 eingebaut. Sein Zweck besteht darin, den Belegungszustand zu bestimmen, um die Airbag-Entfaltung bei einem Unfall einzustellen.
Eine Steuereinheit 35 gibt ein Messsignal 36 an eine Wechselspannungsquelle 7 aus, die eine entsprechende Spannung an der Sendeelektrode 8 und gegebenenfalls an eine Abschirmelektrode 21 ansteuert. Die Elektroden sind in einen Fahrzeugsitz 25 eingebaut. Auf Grund des Potenzialunterschieds zwischen der Sendeelektrode 13 und dem Erdpotenzial 11 baut sich ein elektrisches Feld 9 auf und lässt den Wechselstrom 14 fließen. Der Wechselstrom kann eine konstante oder variierende Frequenz aufweisen, wenn die Frequenz der Wechselspannungsquelle 7 auch variiert. Der Strom wird von dem niederohmigen Strommesser 12 gemessen und z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel und die Amplitude ausgewertet, um zu bestimmen, ob eine Person 10 auf dem Fahrzeugsitz 32 sitzt oder nicht. Auch die Änderung des Phasenwinkels und der Amplitude des Stroms im Verlauf der Frequenz können Gegenstand einer Auswertung sein. Der erkannte Zustand der Sitzbelegung wird der Airbag-Steuereinheit des Fahrzeugs über den Datenausgang 38 übermittelt, um bei einem Unfall die Airbag-Entfaltung einzustellen.
Elektrische Störfelder 31, die in die Person 10 oder in die Sendeelektrode 8 gekoppelt werden, können einen Störsignalanteil in dem gemessenen Wechselstrom 39 über den Nutzanteil hinaus verursachen, dessen Hauptursprung in der an die Sendeelektrode 8 angelegten Wechselspannung 7 liegt. Der Störanteil kann das Potenzial haben, eine falsche Einordnung auszulösen, z. B. wird eine Person erkannt, wenn sich keine Person auf dem Beifahrersitz befindet, oder die Person wird nicht erkannt, obwohl sie auf dem Sitz sitzt. Diese falsche Einordnung kann eine Gefahr darstellen, wenn z. B. ein Kindersitz als eine Person erkannt wird, was gegebenenfalls bei einem Unfall das Entfalten des Airbags aktiviert.
Der Nachteil des gezeigten Messkonzepts betreffend den Störeinfluss externer Strahlung besteht darin, dass, sobald eine Störung den Nutzsignalextraktor 40 in 1 und 3 passieren kann, es für die Steuereinheit 35 schwierig wird, explizit zwischen dem Teil des Nutzsignals 37, dessen Ursprung in dem Sendesignal 2 liegt, und dem Teil, der durch die Störung selber verursacht wurde, zu unterscheiden.
Um diese Situation zu verbessern, schlägt die vorliegende Erfindung vor, auf aktive Kennzeichnung des Sendesignals zu setzen. Wenn es möglich ist, das Sendesignal z. B. mit gewissen Informationen zu kennzeichnen, ist es möglich, nach der Extraktion der Informationen z. B. in dem Nutzsignalextraktor, zu erkennen, welcher Teil des Nutzsignals auf das Sendesignal zurückzuführen ist, und welcher Teil des Nutzsignals durch eine Störung hervorgerufen wird.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines kapazitiven Erkennungssystems im Kopplungsmodus mit einer aktiven Kennzeichnung des Sendesignals durch eine Zwischenträgermodulation. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Sendesignal
3: Übertragungskanal
4: Empfangssignal
6: Messeinheit
30: Störeinfluss
35: Steuereinheit
37: Nutzsignal
38: Datenausgang
40: Nutzsignalextraktor
51: erster Modulator
53: erster Demodulator
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
57: empfangener Zwischenträger
60: Ausgabe des ersten Modulators

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55 und ein Zwischenträgersignal 54 und führt es dem ersten Modulator 51 zu. Die Ausgabe 60 des Modulators wird dem Sender 1 zugeführt, der das Sendesignal 2 erzeugt. Das Sendesignal 2 passiert den Übertragungskanal 3, z. B. einen komplexen Scheinwiderstand Z(jw), und wird mit Störungen überlagert, die ihren Ursprung in dem Störeinfluss 30 haben. Der Nutzsignalextraktor 40 empfängt das Empfangssignal 4, extrahiert das Nutzsignal 37 und führt es dem ersten Demodulator 53 zu. Der Demodulator wird mit dem Träger 55 synchronisiert, demoduliert den empfangenen Zwischenträger 57 aus dem Nutzsignal 37 und gibt ihn an die Steuereinheit 35 aus.
Durch Anlegen z. B. eines Gleichstromsignals als Zwischenträgersignal 54 an den ersten Modulator 51 kann das Ausgangssignal 57 des ersten Demodulators z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel und die Amplitude ausgewertet werden, um auf das Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 3, z. B. auf den Scheinwiderstand Z(jw), zu schließen. Die Gültigkeit dieses Ergebnisses muss bestätigt werden, da der Störeinfluss 30 möglicherweise ein falsches Messergebnis verursacht hat.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem sie an den ersten Modulator 51 ein Zeitvariablen-Zwischenträgersignal 54 anlegt, eine Prüfung des Vorliegens eines Zwischenträgers in dem demodulierten Signal 57 vornimmt und die Eigenschaften des demodulierten Zwischenträgersignals 57 bewertet, z. B. seinen Phasenwinkel oder seine Amplitude relativ zu der Trägeramplitude.
Wenn die Prüfung des Zwischenträgers zeigt, dass die Messung des Übertragungsverhaltens des Übertragungskanals 3 gültig war und nicht von einem Störeinfluss 30 gestört wurde, leitet die Steuereinheit Informationen aus dem Ergebnis der Messung der Übertragungskanaleigenschaft ab und sendet diese über das Datenausgabesignal 38 an die Umgebung.
Eine typische Anwendung des Erkennungssystems aus 5 in Bezug auf das Gebiet eines kapazitiven Insassenerkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist in 6 gezeigt. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

7: Wechselspannung
8: Sendeelektrode
9: elektrisches Feld
10: Person, deren Anwesenheit erkannt werden muss
11: Empfängerelektrode
12: niederohmiger Strommesser
13: Erdpotenzial
14: Wechselstrom
31: elektrisches Störfeld
32: Fahrzeugsitz
35: Steuereinheit
38: Datenausgang
42: Mischer
43: Mischer
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
57: empfangener Zwischenträger

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55 und ein Zwischenträgersignal 54 und überträgt es in den Mischer 43. Die Spannungsquelle 7 steuert eine Spannung an der Sendeelektrode 8 an, die in unmittelbarer Beziehung zu der Ausgabe des Mischers 43 steht. Der Potenzialunterschied zwischen der Sendeelektrode 8 und der Empfängerelektrode 11, die über einen niederohmigen Strommesser 12 an Erde angeschlossen ist, verursacht die Bildung eines elektrischen Feldes 9, was zu einem komplexen Scheinwiderstand Z(jw) zwischen der Sendeelektrode 8 und der Empfängerelektrode 11 führt. Eine Person 10, deren Anwesenheit auf dem Fahrzeugsitz 32 erkannt werden soll, beeinflusst diesen Scheinwiderstand.
Auf Grund des komplexen Scheinwiderstands Z(jw) zwischen beiden Elektroden fließt ein Wechselstrom 14 von der Sendeelektrode 8 zur Empfängerelektrode 11. Der Strom wird von dem Strommesser 12 gemessen und von dem Mischer 42 mit dem Trägersignal 55 gemischt. Die Steuereinheit 35 kennzeichnet den komplexen Scheinwiderstand Z(jw) z. B. bezüglich des Phasenwinkels, des absoluten Wertes oder der Frequenzabhängigkeit durch Auswertung des Signals 57, während das Zwischenträgersignal 54 auf Gleichstrom gehalten wird.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem z. B. ein sinusförmiges Zwischenträgersignal 54 von z. B. 1 KHz an den ersten Mischer 43 angelegt wird, das Vorliegen eines Zwischenträgers in dem demodulierten Signal 57 geprüft wird und die Eigenschaften des demodulierten Zwischenträgersignals 57, z. B. dessen Phasenwinkel oder Amplitude relativ zu dem Absolutwert von Z(jw), bewertet werden.
Die in 5 gezeigte Ausführungsform kann weiter verbessert werden, um die Selektivität des Systems weiter zu erhöhen, indem das Sendesignal mittels Binärprotokollübertragung gekennzeichnet wird. Eine derartige Ausführungsform des kapazitiven Erkennungssystems ist in 7 dargestellt.
Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Sendesignal
3: Übertragungskanal
4: Empfangssignal
6: Messeinheit
30: Störeinfluss
35: Steuereinheit
37: Nutzsignal
38: Datenausgang
40: Nutzsignalextraktor
50: zweiter Modulator
51: erster Modulator
52: zweiter Demodulator
53: erster Demodulator
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
56: Binärprotokoll
57: Ausgabe des ersten Demodulators
59: Ausgabe des zweiten Modulators
60: Ausgabe des ersten Modulators
61: demoduliertes Binärprotokoll

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55 und ein Zwischenträgersignal 54. Das Trägersignal 55 wird dem ersten Modulator 51 zugeführt. Das Zwischenträgersignal 54 wird dem zweiten Modulator 50 zugeführt. Der Ausgang 59 des zweiten Modulators 50 wird an den Eingang des ersten Modulators 51 angeschlossen. Der Ausgang 60 des ersten Modulators 51 wird an den Eingang des Senders 1 angeschlossen. Die Steuereinheit 35 legt ein Binärprotokoll 56 an den Eingang des zweiten Demodulators 50 an. Das Sendesignal 2 passiert den Übertragungskanal 3, z. B. einen komplexen Scheinwiderstand Z(jw), und wird mit Störungen überlagert, die ihren Ursprung in dem Störeinfluss 30 haben. Der Nutzsignalextraktor 40 empfängt das Empfangssignal 4, extrahiert das Nutzsignal 37 und führt es dem ersten Demodulator 53 zu, der mit dem Träger 55 synchronisiert wird. Der Demodulator demoduliert den empfangenen Zwischenträger 57 aus dem Nutzsignal 37 und gibt ihn in den zweiten Demodulator 52 ein, der mit dem Zwischenträgersignal 54 synchronisiert wird und das Binärprotokoll 61 demoduliert. Das Binärprotokoll wird an die Steuereinheit 35 gesendet.
Durch Anwenden einer binären ”Eins” als Binärprotokoll und eines Gleichstromsignals als Zwischenträgersignal 54 an den zweiten Modulator 50 kann das Ausgangssignal 61 des zweiten Demodulators z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel und die Amplitude ausgewertet werden, um auf das Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 3, z. B. auf den Scheinwiderstand Z(jw), zu schließen. Die Gültigkeit dieses Ergebnisses muss bestätigt werden, da der Störeinfluss 30 möglicherweise ein falsches Messergebnis verursacht hat.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem z. B. ein sinusförmiges Zwischenträgersignal 54 von z. B. 1 KHz und eine Binärprotokollsequenz 56 an den zweiten Modulator 50 angelegt wird. Die Steuereinheit 35 kann das Vorliegen des Zwischenträgers und Eigenschaften in dem demodulierten Binärprotokollsignal 61 während konstanter Bitwerte des versendeten Binärprotokolls 56 überprüfen. Die Eigenschaften des empfangenen Zwischenträgersignals können z. B. in Bezug auf seinen Phasenwinkel oder seine Amplitude relativ zu der Trägeramplitude ausgewertet werden. Außerdem kann zur weiteren Erhöhung der Selektivität des Erkennungssystems das demodulierte Binärprotokoll 61 mit dem versendeten Binärprotokoll 56 verglichen werden.
Wenn die Prüfung des Zwischenträgers und des Binärprotokolls zeigt, dass die Messung des Übertragungsverhaltens des Übertragungskanals 3 gültig war und nicht von einem Störeinfluss 30 gestört wurde, leitet die Steuereinheit Informationen aus der Eigenschaft des Übertragungskanals ab und sendet diese über das Datenausgabesignal 38 an die Umgebung.
Eine typische Anwendung des Erkennungssystems aus 7 in Bezug auf das Gebiet eines kapazitiven Insassenerkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist in 8 gezeigt. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

7: Wechselspannung
8: Sendeelektrode
9: elektrisches Feld
10: Person, deren Anwesenheit erkannt werden muss
11: Empfängerelektrode
12: niederohmiger Strommesser
13: Erdpotenzial
14: Wechselstrom
31: elektrisches Störfeld
32: Fahrzeugsitz
35: Steuereinheit
38: Datenausgang
42: Mischer
43: Mischer
44: Mischer
45: Mischer
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
56: Binärprotokoll
61: demoduliertes Binärprotokoll

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55, ein Zwischenträgersignal 54 und ein Binärprotokollsignal 56. Das Zwischenträgersignal 54 und das Binärprotokollsignal 56 werden dem Mischer 44 zugeführt. Die Ausgabe des Mischers 44 wird zusammen mit dem Trägersignal 55 dem Mischer 43 zugeführt. Die Spannungsquelle 7 steuert eine Spannung an der Sendeelektrode 8 an, die in unmittelbarer Beziehung zu der Ausgabe des Mischers 43 steht. Der Potenzialunterschied zwischen der Sendeelektrode 8 und der Empfängerelektrode 11, die über einen niederohmigen Strommesser 12 an Erde angeschlossen ist, verursacht die Bildung eines elektrischen Feldes 9, was zu einem komplexen Scheinwiderstand Z(jw) zwischen der Sendeelektrode 8 und der Empfängerelektrode 11 führt. Eine Person 10, deren Anwesenheit auf dem Fahrzeugsitz 32 erkannt werden soll, beeinflusst diesen Scheinwiderstand.
Auf Grund des komplexen Scheinwiderstands Z(jw) zwischen beiden Elektroden fließt ein Wechselstrom 14 von der Sendeelektrode 8 zur Empfängerelektrode 11. Dieser Strom wird von dem Strommesser 12 gemessen und von dem Mischer 42 mit dem Trägersignal 55 gemischt. Die Ausgabe des Mischers 42 wird wieder durch den Mischer 45 mit dem Zwischenträgersignal 54 gemischt. Die Ausgabe des Mischers 45 wird in die Steuereinheit 35 eingegeben.
Die Steuereinheit 35 kennzeichnet den komplexen Scheinwiderstand Z(jw) z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel, den Absolutwert oder die Frequenzabhängigkeit durch Auswertung des Signals 61, während sie das Zwischenträgersignal 54 auf Gleichstrom und die Binärwerte des Binärsignals 56 konstant hält.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem z. B. ein sinusförmiges Zwischenträgersignal 54 von z. B. 1 KHz und ein Binärprotokoll 56 an den Mischer 44 angelegt wird. Die Steuereinheit 35 kann das Vorliegen des Zwischenträgers und Eigenschaften in dem demodulierten Binärprotokollsignal 61 während konstanter Bitwerte des versendeten Binärprotokolls 56 überprüfen. Die Eigenschaften des empfangenen Zwischenträgersignals können z. B. in Bezug auf seinen Phasenwinkel oder seine Amplitude relativ zu dem Absolutwert des Scheinwiderstands Z(jw) ausgewertet werden. Außerdem kann das demodulierte Binärprotokoll 61 mit dem versendeten Binärprotokoll 56 verglichen werden.
Das Kennzeichnungsprinzip, das in 5 gezeigt ist, kann auch auf die in 3 gezeigte Topologie angewendet werden. 9 zeigt, wie das ”aktive Kennzeichnen des Sendesignals durch Zwischenträgermodulation” auf ein kapazitives Sensorsystem im Lademodus angewendet werden kann. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Sendesignal
3: Übertragungskanal
6: Messeinheit
13: Erdpotenzial
30: Störeinfluss
35: Steuereinheit
37: Nutzsignal
38: Datenausgang
40: Nutzsignalextraktor
41: senderinternes Signal
51: erster Modulator
53: erster Demodulator
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
57: Ausgabe des ersten Demodulators
60: Ausgabe des ersten Modulators

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55 und ein Zwischenträgersignal 54 und führt es dem ersten Modulator 51 zu. Die Ausgabe 60 des Modulators wird dem Sender 1 zugeführt. Um das Sendesignal 2 auszugeben, erzeugt der Sender ein internes Signal 41, das für den Nutzsignalextraktor 40 zugänglich gemacht wird. Das Sendesignal 2 passiert den Übertragungskanal 3, z. B. einen komplexen Scheinwiderstand Z(jw) an Erdpotenzial 13 und wird mit Störungen überlagert, die ihren Ursprung in dem Störeinfluss 30 haben. Der Nutzsignalextraktor 40 extrahiert das Nutzsignal 37 aus dem senderinternen Signal 41 und führt es dem ersten Demodulator 53 zu. Der Demodulator wird mit dem Träger 55 synchronisiert, demoduliert die Zwischenträgerkomponente 57 aus dem Nutzsignal 37 und gibt sie an die Steuereinheit 35 aus.
Durch Anlegen z. B. eines Gleichstromsignals als Zwischenträgersignal 54 an den ersten Modulator 51 kann das Ausgangssignal 57 des ersten Demodulators z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel und die Amplitude ausgewertet werden, um auf das Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 3, z. B. auf den Scheinwiderstand Z(jw), zu schließen. Die Gültigkeit dieses Ergebnisses muss bestätigt werden, da der Störeinfluss 30 möglicherweise ein falsches Messergebnis verursacht haben könnte.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem z. B. ein sinusförmiges Zwischenträgersignal 54 von z. B. 1 KHz an den ersten Modulator 51 angelegt wird, das Vorliegen eines Zwischenträgers in dem demodulierten Signal 57 geprüft wird und die Eigenschaften des demodulierten Zwischenträgersignals 57, z. B. dessen Phasenwinkel oder Amplitude relativ zu dem Absolutwert des Scheinwiderstands Z(jw), bewertet werden.
Wenn die Prüfung des Zwischenträgers zeigt, dass die Messung des Übertragungsverhaltens des Übertragungskanals 3 gültig war und nicht von einem Störeinfluss 30 gestört wurde, leitet die Steuereinheit Informationen aus den Eigenschaften des Übertragungskanals ab und sendet diese über das Datenausgabesignal 38 an die Umgebung.
Eine typische Anwendung des Erkennungssystems aus 9 in Bezug auf das Gebiet eines kapazitiven Insassenerkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist in 10 gezeigt. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

7: Wechselspannungsquelle
8: Sendeelektrode
9: elektrisches Feld
10: Person, deren Anwesenheit erkannt werden muss
12: niederohmiger Strommesser
13: Erdpotenzial
14: Sendestrom
21: mögliche Abschirmelektrode
26: Kapazität der Person an Erdpotenzial
31: elektrisches Störfeld
32: Fahrzeugsitz
35: Steuereinheit
38: Datenausgang
42: Mischer
43: Mischer
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
57: empfangener Zwischenträger

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55 und ein Zwischenträgersignal 54 und führt es dem Mischer 43 zu. Die Spannungsquelle 7 steuert eine Spannung an der Sendeelektrode 8 und gegebenenfalls der Abschirmelektrode 21 an, die in unmittelbarer Beziehung zu der Ausgabe des Mischers 21 steht. Auf Grund des Potenzialunterschieds zwischen der Sendeelektrode 8 und dem Erdpotenzial 13 baut sich ein elektrisches Feld 9 auf, was zu einem komplexen Scheinwiderstand Z(jw) zwischen der Sendeelektrode 8 und dem Erdpotenzial 13 führt. Eine Person 10, deren Anwesenheit auf dem Fahrzeugsitz 32 erkannt werden soll, beeinflusst diesen Scheinwiderstand. Der Scheinwiderstand bewirkt, dass der Wechselstrom 14 fließt, der durch den niederohmigen Strommesser 12 gemessen und mit dem Trägersignal 55 gemischt wird. Die Steuereinheit 35 kennzeichnet den komplexen Scheinwiderstand Z(jw) z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel, den Absolutwert oder die Frequenzabhängigkeit durch Auswertung des Signals 57, während das Zwischenträgersignal 54 auf Gleichstrom gehalten wird.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem z. B. ein sinusförmiges Zwischenträgersignal 54 von z. B. 1 KHz an den ersten Mischer 43 angelegt wird, das Vorliegen eines Zwischenträgers in dem demodulierten Signal 57 geprüft wird und die Eigenschaften des demodulierten Zwischenträgersignals 57, z. B. dessen Phasenwinkel oder Amplitude relativ zu dem Absolutwert von Z(jw), bewertet werden.
Das Kennzeichnungsprinzip, das in 7 gezeigt ist, kann auch auf die in 3 gezeigte Topologie angewendet werden. 11 zeigt, wie die ”aktive Kennzeichnung des Sendesignals durch Binärprotokollübertragung” auf eine Lademodus-Topologie übertragen werden kann. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Sendesignal
3: Übertragungskanal
6: Messeinheit
13: Erdpotenzial
30: Störeinfluss
35: Steuereinheit
37: Nutzsignal
38: Datenausgang
40: Nutzsignalextraktor
41: senderinternes Signal
50: zweiter Modulator
51: erster Modulator
52: zweiter Demodulator
53: erster Demodulator
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
56: Binärprotokoll
57: Ausgabe des ersten Demodulators
59: Ausgabe des zweiten Modulators
60: Ausgabe des ersten Modulators
61: demoduliertes Binärprotokoll

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55 und ein Zwischenträgersignal 54. Das Trägersignal 55 wird dem ersten Modulator 51 zugeführt. Das Zwischenträgersignal 54 wird dem zweiten Modulator 50 zugeführt. Der Ausgang 59 des zweiten Modulators 50 ist an den Eingang des ersten Modulators 51 angeschlossen. Der Ausgang 60 des ersten Modulators 51 ist an den Eingang des Senders 1 angeschlossen. Die Steuereinheit 35 legt ein Binärprotokoll 56 an den Eingang des zweiten Demodulators 50 an. Das Sendesignal 2 passiert den Übertragungskanal 3, z. B. einen komplexen Scheinwiderstand Z(jw) an Erdpotenzial, und wird mit Störungen überlagert, die ihren Ursprung in dem Störeinfluss 30 haben. Der Nutzsignalextraktor 40 extrahiert das Nutzsignal 37 aus dem senderinternen Signal 41 und führt es dem ersten Demodulator 53 zu. Der Demodulator wird mit dem Träger synchronisiert, demoduliert die Zwischenträgerkomponente 57 aus dem Nutzsignal 37 und gibt sie in den zweiten Demodulator 52 ein, der mit dem Zwischenträgersignal 54 synchronisiert wird und das Binärprotokoll 61 demoduliert. Das Binärprotokoll wird an die Steuereinheit 35 ausgegeben.
Durch Anwenden z. B. einer binären ”Eins” als Binärprotokoll und eines Gleichstromsignals als Zwischenträgersignal 54 an den zweiten Modulator 50 kann das Ausgangssignal 61 des zweiten Demodulators z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel und die Amplitude ausgewertet werden, um auf das Übertragungsverhalten des Übertragungskanals 3, z. B. auf den Scheinwiderstand Z(jw), zu schließen. Die Gültigkeit dieses Ergebnisses muss bestätigt werden, da der Störeinfluss 30 möglicherweise ein falsches Messergebnis verursacht haben könnte.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem z. B. ein sinusförmiges Zwischenträgersignal 54 von z. B. 1 KHz und ein Binärprotokoll 56 an den zweiten Modulator 50 angelegt werden. Die Steuereinheit 35 kann das Vorliegen des Zwischenträgers und Eigenschaften in dem demodulierten Binärprotokollsignal 61 während konstanter Bitwerte des versendeten Binärprotokolls 56 überprüfen. Die Eigenschaften des empfangenen Zwischenträgersignals können z. B. in Bezug auf seinen Phasenwinkel oder seine Amplitude relativ zum Absolutwert des Scheinwiderstands (jw) ausgewertet werden. Außerdem kann zur weiteren Erhöhung der Selektivität des Erkennungssystems das demodulierte Binärprotokoll 61 mit dem versendeten Binärprotokoll 56 verglichen werden.
Wenn die Prüfung des Zwischenträgers und des Binärprotokolls zeigt, dass die Messung des Übertragungsverhaltens des Übertragungskanals 3 an das Erdpotenzial 13 gültig war und nicht von einem Störeinfluss 13 gestört wurde, leitet die Steuereinheit Informationen aus den Eigenschaften des Übertragungskanals ab und sendet diese über das Datenausgabesignal 38 an die Umgebung.
Eine typische Anwendung des Erkennungssystems aus 11 in Bezug auf das Gebiet eines kapazitiven Insassenerkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist in 12 gezeigt. Die folgenden verschiedenen Elemente sind in dieser Figur dargestellt:
Bezugszeichenliste

7: Wechselspannungsquelle
8: Sendeelektrode
9: elektrisches Feld
10: Person, deren Anwesenheit erkannt werden muss
26: Kapazität der Person an Erdpotenzial
31: elektrisches Störfeld
32: Fahrzeugsitz
35: Steuereinheit
38: Datenausgang
42: Mischer
43: Mischer
44: Mischer
45: Mischer
54: Zwischenträgersignal
55: Trägersignal
56: Binärprotokoll
61: demoduliertes Binärprotokoll

Die Steuereinheit 35 erzeugt ein Trägersignal 55, ein Zwischenträgersignal 54 und ein Binärprotokollsignal 56. Das Zwischenträgersignal 54 und das Binärprotokollsignal 56 werden dem Mischer 44 zugeführt. Die Ausgabe des Mischers 44 wird zusammen mit dem Trägersignal 55 dem Mischer 43 zugeführt. Die Spannungsquelle 7 steuert eine Spannung an der Sendeelektrode 8 und gegebenenfalls der Abschirmelektrode 21 an, die in unmittelbarer Beziehung zu dem Ausgang des Mischers 43 steht. Auf Grund des Potenzialunterschieds zwischen der Sendeelektrode 8 und dem Erdpotenzial 13 baut sich ein elektrisches Feld 9 auf, was zu einem komplexen Scheinwiderstand Z(jw) zwischen der Sendeelektrode 8 und dem Erdpotenzial 13 führt. Eine Person 10, deren Anwesenheit auf dem Fahrzeugsitz 32 erkannt werden soll, beeinflusst diesen Scheinwiderstand. Der Scheinwiderstand bewirkt, dass der Wechselstrom 14 fließt, der durch den niederohmigen Strommesser 12 gemessen und mit dem Trägersignal 55 gemischt wird. Die Ausgabe des Mischers 42 wird wieder von dem Mischer 45 mit dem Zwischenträgersignal 54 gemischt. Die Ausgabe des Mischers 45 wird in die Steuereinheit 35 eingegeben. Die Steuereinheit 35 kennzeichnet den komplexen Scheinwiderstand Z(jw) z. B. in Bezug auf den Phasenwinkel, den Absolutwert oder die Frequenzabhängigkeit durch Auswertung des Signals 61, während sie das Zwischenträgersignal 54 auf Gleichstrom hält und die Binärwerte des Binärsignals 56 konstant hält.
Die Validierung des Messergebnisses wird durch die Steuereinheit 35 ausgeführt, indem z. B. ein sinusförmiges Zwischenträgersignal 54 von z. B. 1 KHz und ein Binärprotokoll 56 an den Mischer 44 angelegt wird. Die Steuereinheit 35 kann das Vorliegen des Zwischenträgers und Eigenschaften in dem demodulierten Binärprotokollsignal 61 während konstanter Bitwerte des versendeten Binärprotokolls 56 überprüfen. Die Eigenschaften des empfangenen Zwischenträgersignals können z. B. in Bezug auf seinen Phasenwinkel oder seine Amplitude relativ zu de Absolutwert des Scheinwiderstands Z(jw) ausgewertet werden. Außerdem kann das demodulierte Binärprotokoll 61 mit dem versendeten Binärprotokoll 56 verglichen werden.
Es sei angemerkt, dass die Systemverfügbarkeit der oben beschriebenen Ausführungsformen im Fall einer erkannten Störung weiter verbessert werden kann. Infolge einer erkannten Störung (Maßnahmen, die nur ergriffen werden, wenn eine Störung erkannt wird) oder im Allgemeinen (Maßnahmen, die immer ergriffen werden, selbst wenn keine Störung erkannt wird) können eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen ergriffen werden:

1) Trägerfrequenzsprungverfahren bei einer erkannten Störung
2) Zwischenträgerfrequenzsprungverfahren bei einer erkannten Störung
3) Änderung von Bitwerten im Binärprotokoll bei einer erkannten Störung
4) Kombinationen von 1) ... 3)

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

”Electric Field Sensing for Graphical Interfaces” von J. R. Smith, veröffentlicht in Computer Graphics I/O Devices, Ausgabe Mai/Juni 1998, Seiten 54–60 [0003]

Claims

Kapazitives Messverfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: • Erzeugen eines Steuersignals und Übermitteln des Steuersignals an einen Sender, wobei das Steuersignal den Sender veranlasst, ein Sendesignal zu erzeugen; • Erkennen eines Antwortsignals, wobei das Antwortsignal auf ein Übertragungsverhalten eines Übertragungskanals für das Sendesignal anspricht; • Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem Antwortsignal; wobei das Verfahren ferner die weiteren folgenden Schritte aufweist: • Kennzeichnen des Sendesignals durch Modulieren eines Zwischenträgersignals auf dem Sendesignal; • Validieren des Ergebnisses des Bestimmungsschrittes durch Demodulieren des Zwischenträgersignals aus dem Antwortsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Validierungsschritt ferner den Schritt des Bestimmens zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem demodulierten Antwortsignal aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Schritt des Kennzeichnens des Sendesignals die folgenden Schritte aufweist: • Erzeugen eines Trägersignals und eines Zwischenträgersignals, • Übermitteln des Trägersignals und des Zwischenträgersignals an einen ersten Modulator, und • Übermitteln des Ausgangssignals des ersten Modulators als Steuersignal an den Sender.
Kapazitives Messverfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: • Erzeugen eines Trägersignals, • Erzeugen eines ersten Zwischenträgersignals, • Übermitteln des Trägersignals und des ersten Zwischenträgersignals an einen ersten Modulator, und • Übermitteln des Ausgangssignals des ersten Modulators als ein erstes Steuersignal an einen Sender, wobei das erste Steuersignal den Sender veranlasst, ein erstes Sendesignal zu erzeugen; • Erkennen eines ersten Antwortsignals, wobei das erste Antwortsignal auf ein Übertragungsverhalten eines Übertragungskanals für das erste Sendesignal anspricht; • Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem ersten Antwortsignal; wobei das Verfahren die weiteren Schritte des Validierens des Ergebnisses des Bestimmungsschritts aufweist durch: • Erzeugen eines zweiten Zwischenträgersignals, • Übermitteln des Trägersignals und des zweiten Zwischenträgersignals an den ersten Modulator, und • Übermitteln des Ausgangssignals des ersten Modulators als ein zweites Steuersignal an den Sender, wobei das zweite Steuersignal den Sender veranlasst, ein zweites Sendesignal zu erzeugen; • Erkennen eines zweiten Antwortsignals, wobei das zweite Antwortsignal auf ein Übertragungsverhalten des Übertragungskanals für das zweite Sendesignal anspricht; • Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem ersten Antwortsignal; • Demodulieren des Zwischenträgers aus dem zweiten Antwortsignal; und • Bestimmen zumindest eines Kennzeichens des Übertragungsverhaltens von dem demodulierten zweiten Antwortsignal.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das erste Zwischenträgersignal ein Gleichstromsignal und das zweite Zwischenträgersignal ein Zeitvariablen-Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend die folgenden Schritte: • Modulieren von bekannten Informationen auf dem Zwischenträgersignal, und • Demodulieren der bekannten Informationen aus dem Zwischenträger, um den Ursprung des Antwortsignals weiter zu bestätigen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die bekannte Information ein Binärprotokoll aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend den Schritt des Änderns von Bitwerten in dem Binärprotokoll bei einer erkannten Störung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend ein Frequenzsprungverfahren des Trägersignals und/oder des Zwischenträgersignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Übertragungskanal zwischen dem Sender und einem Empfänger erstellt wird und wobei das Antwortsignal ein empfangenes Signal an dem Empfänger ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Übertragungskanal zwischen dem Sender und Erdpotenzial erstellt wird und wobei das Antwortsignal ein internes Signal ist, das in dem Sender in Abhängigkeit von der Erzeugung des Sendesignals erzeugt wird.