DE112013000931T5

DE112013000931T5 - Kapazitive Erkennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013000931T5
Application number: DE112013000931.5T
Authority: DE
Inventors: Andreas Petereit; Alexander Treis
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2013117719A1; US9658266B2; LU91942B1; CN104303419A; CN104303419B; US20150048845A1

Abstract

Eine kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) für ein Fahrzeug weist eine Messelektrode (26) zum Erzeugen eines elektrischen Schwingungsfeldes in einem Erkennungsraum sowie eine Abschirmelektrode (28) auf, die auf einer Seite der Messelektrode, die von dem Erkennungsraum weg weist, angeordnet ist. Die kapazitive Erkennungsvorrichtung weist eine Schaltkreiserdung und einen Erdungsanschluss zum Anschließen der Schaltkreiserdung an die Gehäusemasse des Fahrzeugs auf. Mindestens ein Parallelkondensator ist zwischen der Schaltkreiserdung und der Abschirmelektrode geschaltet. Der mindestens eine Parallelkondensator hat eine Kapazität von mindestens 25 mal der Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und der Gehäusemasse des Fahrzeugs.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine kapazitive Erkennungsvorrichtung, z. B. zum Erkennen der Abwesenheit oder Anwesenheit eines Insassen, der auf einem Fahrzeugsitz sitzt, oder zum Erkennen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs seine Hände am Lenkrad hat.
Hintergrund der Erfindung
Ein kapazitiver Sensor, der manchmal als elektrischer Feldsensor oder Näherungssensor bezeichnet wird, bezeichnet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss des Gemessenen (einer Person, eines Körperteils einer Person, eines Haustieres, eines Gegenstands usw.) auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen mindestens eine Antennenelektrode, an die ein elektrisches Wechselsignal angelegt wird und die daraufhin ein elektrisches Feld in einen Raumbereich nahe der Antennenelektrode ausstrahlt, während der Sensor in Betrieb ist. Der Sensor umfasst mindestens eine Messelektrode, an der der Einfluss eines Gegenstands oder eines Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird. In manchen kapazitiven Belegungssensoren (sogenannter ”Lademodus”) dienen die eine oder die mehreren Antennenelektroden gleichzeitig als Messelektroden. In diesem Fall bestimmt die Messschaltung den in die eine oder in die mehreren Antennenelektroden fließenden Strom in Abhängigkeit von einer an diese angelegten Schwingungsspannung. Die Beziehung zwischen Spannung und Strom ergibt die komplexe Impedanz der einen oder der mehreren Antennenelektroden. In einer alternativen Version von kapazitiven Sensoren (”Kopplungsmodus”, kapazitive Sensoren) sind die Sendeantennenelektrode(n) und die Messelektrode(n) voneinander getrennt. In diesem Fall bestimmt die Messschaltung den Strom oder die Spannung, der/die in der Messelektrode induziert wird, wenn die Sendeantennenelektrode im Betrieb ist.
Die verschiedenen kapazitiven Messmechanismen werden in dem technischen 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, erklärt. Das Dokument beschreibt das Konzept der elektrischen Feldmessung, wie es verwendet wird, um berührungslose dreidimensionale Positionsmessungen vorzunehmen, und insbesondere um die Position der Hand eines Menschen zum Zwecke der Eingabe von dreidimensionalen Positionen in einen Computer zu erkennen. 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 Wechselspannungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein elektrisches Wechselfeld gegen Masse aufbaut. Der zu messende Gegenstand modifiziert die Kapazität zwischen Sendeelektrode und Masse. Im ”Parallelmodus” wird ein Wechselspannungssignal an die Sendeelektrode angelegt, die ein elektrisches Feld gegen eine Empfängerelektrode aufbaut, und der an der Empfängerelektrode induzierte Verschiebungsstrom wird gemessen, wodurch der Verschiebungsstrom durch den gemessenen Körper modifiziert werden kann. Im ”Sendemodus” wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Berührung gebracht, der dann ein Sender relativ zu einem Empfänger wird, und zwar entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über eine kapazitive Kopplung. Der ”Parallelmodus” wird alternativ auch als der oben erwähnte ”Kopplungsmodus” bezeichnet.
Es wurde eine reiche Vielfalt von kapazitiven Insassenerkennungssystemen vorgeschlagen, z. B. zur Steuerung des Entfaltens von einem oder mehreren Airbags, wie z. B. eines Fahrerairbags, eines Beifahrerairbags und/oder eines Seitenairbags. Das US-Patent 6,161,070 von Jinno et al. betrifft ein Insassenerkennungssystem, das eine auf einer Oberfläche eines Insassensitzes in einem Kraftfahrzeug montierte einzelne Antennenelektrode umfasst. Ein Oszillator legt an die Antennenelektrode ein Wechselspannungssignal an, wodurch ein kleines elektrisches Feld um die Antennenelektrode erzeugt wird. Jinno schlägt das Erkennen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Insassen auf dem Sitz basierend auf der Amplitude und der Phase des zur Antennenelektrode fließenden Stroms vor. Das US-Patent 6,392,542 von Stanley lehrt einen elektrischen Feldsensor, der eine Elektrode umfasst, die innerhalb eines Sitzes angebracht werden kann und mit einer Messschaltung wirkverbunden ist, die ein Wechselsignal oder gepulstes Signal ”mit einer möglichst schwachen Reaktion” auf Feuchtigkeit im Sitz an die Elektrode anlegt. Stanley schlägt vor, die Phase und Amplitude des zur Elektrode fließenden Stroms zu messen, um einen belegten oder leeren Sitz zu erkennen und die Sitzfeuchtigkeit auszugleichen.
Die US 2005/0242965 offenbart ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, das eine kapazitive Erkennungsvorrichtung zur Erkennung eines Handkontakts aufweist. Der Begriff ”Handkontakterkennung” wird nachstehend verwendet, um die Erkennung einer Berührung zwischen dem Lenkrad und mindestens einer Hand des Fahrers zu bezeichnen. Der Begriff ”Erkennung eines fehlenden Handkontaktes” oder ”freie Hand-Erkennung” bezeichnet die Erkennung der Abwesenheit einer Berührung zwischen dem Lenkrad und mindestens einer Hand des Fahrers. Detektoren zur Erkennung eines Handkontaktes oder eines fehlenden Handkontaktes können die gleiche Technik nutzen.
Kapazitive Erkennungsvorrichtungen müssen gegenüber einem gewissen Maß an elektromagnetischer Beeinflussung (EMB) robust sein. Insbesondere schreiben Automobilhersteller vor, dass in Autos angeordnete kapazitive Erkennungsvorrichtungen sogar unter elektromagnetisch belasteten Bedingungen richtig arbeiten müssen. Bei der zunehmenden Verwendung von elektronischen Geräten in Autos wird die Bedeutung einer elektromagnetischen Kompatibilität ein immer wichtigeres Thema.
Aufgabenstellung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Robustheit einer kapazitiven Erkennungsvorrichtung mit einer Messelektrode und einer sogenannten angetriebenen Abschirmelektrode gegenüber EMB zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine kapazitive Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Eine kapazitive Erkennungsvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist eine Messelektrode zur Erzeugung eines elektrischen Schwingungsfeldes in einem Erkennungsraum nahe der Messelektrode und einer Abschirmelektrode auf, die auf einer Seite der Messelektrode, die von dem Erkennungsraum weg weist, angeordnet ist. Die kapazitive Erkennungsvorrichtung weist eine Schaltkreiserdung und einen Erdungsanschluss zum Anschließen der Schaltkreiserdung an die Gehäusemasse des Fahrzeugs (d. h. das Potential der Fahrzeugkarosserie) auf. Mindestens ein Parallelkondensator ist zwischen der Schaltkreiserdung und der Abschirmelektrode angeschlossen. Der mindestens eine Parallelkondensator hat eine Kapazität von mindestens 25 mal der Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und der Gehäusemasse (ohne Parallelkondensator). Die kapazitive Erkennungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Messschaltung auf, die auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) angeordnet ist. Die Schaltkreiserdung entspricht der Vorrichtungserdung, d. h. einem Erdungsanschluss der PCB.
Wie die Fachleute verstehen werden, bietet der Parallelkondensator einen niederohmigen Weg für ein Rauschen zwischen Schaltkreiserdung und Gehäusemasse vom BCI-Typ (Bulk Current Injection, Stromeinprägung) mit Frequenzen von mehr als 1 MHz. Je höher die Frequenz der Rauschstörung ist, desto besser wird sie in den Knoten am Bezugspotential (d. h. üblicherweise Masse) umgelenkt, ohne die Messung zu stören.
Vorzugsweise wird eine Wechselspannungsquelle zwischen der Schaltkreiserdung und der Abschirmelektrode angeschlossen. Die Wechselspannungsquelle kann dafür konfiguriert sein, eine Schwingungsspannung mit einer Messfrequenz im Bereich von 50 kHz bis 500 kHz an die Abschirmelektrode anzulegen. Ein Strommesser wird vorzugsweise zwischen der Messelektrode und der Abschirmelektrode angeschlossen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strommesser dafür konfiguriert, die Schwingungsspannung in Bezug auf Amplitude und Phase in die Messelektrode zu kopieren und ein Strommesssignal auszugeben, das einen komplexen Strom durch den Strommesser anzeigt, der notwendig ist, um das Kopieren der Schwingungsspannung zu erreichen. Das Strommesssignal zeigt die kapazitive Kopplung zwischen Messelektrode und Bezugspotential an. Die kapazitive Kopplung hängt davon ab, ob der Erkennungsraum von einem Insassen oder einem Teil des Insassen belegt ist, z. B. zumindest von dessen Händen. Demnach zeigt das Strommesssignal auch die Anwesenheit oder Abwesenheit zumindest eines Teils des Körpers eines Insassen innerhalb des Erkennungsraums an.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Parallelkondensator ein Kondensator mit einer Kapazität im Bereich von 20 bis 100 nF. Am meisten bevorzugt umfasst der mindestens eine Parallelkondensator einen ersten Kondensator mit einer Kapazität im Bereich von 20 bis 100 nF und einen zweiten Kondensator parallel zu dem ersten Kondensator mit einer Kapazität im Bereich von 50 bis 200 pF. Ausgehend von idealen Kondensatoren entspricht die Parallelschaltung eines ersten und eines zweiten Kondensators einem Kondensator mit einer Kapazität, die der Summe der Kapazitäten des ersten und des zweiten Kondensators entspricht. Tatsächliche (d. h. nicht ideale) Kondensatoren sind jedoch unterschiedlich gut für verschiedene Frequenzbereiche geeignet. Demnach kann die Parallelschaltung von mehreren Kondensatoren mit verschiedenen Kapazitäten für die Rauschunterdrückung auf verschiedenen Frequenzbändern günstig sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die kapazitive Erkennungsvorrichtung ein geschirmtes Kabel (z. B. ein Koaxialkabel) mit einem Kern und einem Schirm, wobei der Kern die Messelektrode mit dem Strommesser verbindet und wobei der Schirm die Abschirmelektrode mit der Wechselspannungsquelle verbindet.
Andere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen einen Handkontaktdetektor für ein Lenkrad, der eine kapazitive Erkennungsvorrichtung wie hier vorstehend beschrieben aufweist, und ein Lenkrad, das einen solchen Handkontaktdetektor aufweist. Der Handkontaktdetektor kann Teil eines aktiven Tempomatsystems sein, z. B. mit einer Stop-and-Go-Funktionalität.
Noch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung betrifft einen Insassendetektor für einen Autositz, der eine kapazitive Erkennungsvorrichtung wie hier vorstehend beschrieben aufweist. Ein solcher Insassendetektor kann Teil eines Autositzes sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer nicht einschränkenden Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 eine schematische Veranschaulichung eines Autos ist, das mit einem ACC-System mit einer Stop-and-Go-Funktionalität ausgestattet ist;
2 eine teilweise Schnittansicht des Lenkrads des Autos aus 1 ist;
3 ein schematischer Schaltplan einer kapazitiven Erkennungsvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Autos 10, das mit einem aktiven Tempomatsystem (Automatic Cruise Control, ACC) 12 mit einer Stop-and-Go-Funktionalität ausgestattet ist. Das ACC-System 12 umfasst einen oder mehrere Abstandssensoren 14 (z. B. unter Verwendung einer Radar-, Laser- und/oder Kameraausrüstung zur Abstandsmessung), die vorne an dem Auto 10 zur Erkennung von anderen, auf der Straße vorausfahrenden Autos und zur Messung des Abstands zu diesen angeordnet ist. Eine elektronische Steuereinheit 16 (z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein Mikroprozessor oder dergleichen) wertet kontinuierlich die Radarsignale aus, wenn das ACC-System eingeschaltet ist. Wenn die elektronische Steuereinheit 16 bestimmt, dass sich das Auto 10 einem anderen vorausfahrenden Auto nähert, interagiert sie mit dem ESG des Motors und dem Bremssystem des Autos, um die Geschwindigkeit des Autos anzupassen und gegebenenfalls eine Notbremsung einzuleiten. Um sicher zu gehen, dass der Fahrer seine Hände an dem Lenkrad 18 hat und das Fahrzeug steuern kann, umfasst das ACC-System eine kapazitive Erkennungsvorrichtung, die in dem Lenkrad angeordnet ist. Das ACC-System unternimmt keine automatische Fahraktion, es sei denn, der Fahrer hält das Lenkrad mit mindestens einer Hand fest. Es kann des Weiteren eine akustische, visuelle und/oder haptische Warnung an den Fahrer ausgeben.
2 ist eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Lenkrads, das eine kapazitive Erkennungsvorrichtung 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die kapazitive Erkennungsvorrichtung 20 ist in dem Lenkrad 18 zwischen der Ledereinfassung 22 und dem metallenen Lenkradrahmen 24 integriert. In manchen Fällen ist auch ein Lenkradheizsystem integriert. In einem solchen Fall ist die kapazitive Erkennungsvorrichtung oberhalb der Heizung angeordnet (z. B. zwischen der Heizung und der Ledereinfassung).
Die kapazitive Erkennungsvorrichtung 20 umfasst eine Messelektrode 26 und eine Abschirmelektrode 28 und ist dafür konfiguriert, die Kapazität zwischen der Messelektrode 26 und der Fahrzeugkarosserie zu messen. Die Messelektrode 26 und die Abschirmelektrode erstrecken sich entlang des gesamten Umfangs des Lenkrads 18. Die kapazitive Erkennungsvorrichtung 20 hält die Messelektrode 26 und die Abschirmelektrode 28 in Bezug auf Amplitude und Phase auf dem gleichen Wechselstrompotential. Daraus folgt, dass zu jedem Zeitpunkt das elektrische Feld zwischen der Messelektrode 26 und der Abschirmelektrode 28 im Wesentlichen aufgehoben wird und die Empfindlichkeit der Messelektrode 26 folglich nur in eine Richtung weg von der Abschirmelektrode 28, d. h. in den Erkennungsraum, gerichtet wird. Wenn der Fahrer das Lenkrad 18 ergreift, erhöht sich die kapazitive Kopplung zwischen der Messelektrode 26 und der Fahrzeugkarosserie im Vergleich zu der Situation, in der der Fahrer keine Hand am Lenkrad 18 hat. Da der Lenkradrahmen 24 normalerweise auf dem gleichen Potential ist wie die Fahrzeugkarosserie, ist eine starke kapazitive Kopplung zwischen der Messelektrode 26 und dem Lenkradrahmen 24 in Abwesenheit der Hand des Fahrers unerwünscht. Daher umfasst die Abschirmelektrode 28 einen Rand, der sich über die Begrenzung der Messelektrode 26 hinaus erstreckt. Würde man auf die Abschirmelektrode 28 verzichten, gäbe es eine starke kapazitive Kopplung zwischen der Messelektrode 26 und der Fahrzeugkarosserie, auch wenn der Fahrer das Lenkrad nicht berührt. Die Hand (Hände) des Fahrers auf dem Lenkrad würden) die Kapazität nur leicht erhöhen. Ohne eine Abschirmelektrode 28 würde die Messschaltung somit in der Lage sein müssen, ein kleines Signal vor einem großen Hintergrund zu erkennen, was schwierig (wenn nicht gar unmöglich) zu erreichen ist. Außerdem stellt die Abschirmelektrode 28 einen Stromweg zur Gehäusemasse dar.
3 ist ein vereinfachter Schaltplan der kapazitiven Erkennungsvorrichtung 20 aus 2. Die Wechselspannungsquelle 30 ist zwischen dem Knoten 31, der auf Schaltkreiserdungspotential liegt, und der Abschirmelektrode 28 angeschlossen. Im Betrieb legt die Wechselspannungsquelle 30 bei einer Messfrequenz im Bereich von 50 kHz bis 500 kHz, z. B. bei 100 kHz, eine Schwingungsspannung an die Abschirmelektrode 28. Ein Strommesser 32, der zwischen der Messelektrode 26 und der Abschirmelektrode 28 angeschlossen ist, ist dafür konfiguriert, die Schwingungsspannungsausgabe, die von der Wechselspannungsquelle 30 ausgegeben wird, auf die Messelektrode 26 zu kopieren, wodurch die Messelektrode 26 und die Abschirmelektrode 28 auf dem gleichen Wechselstrompotential gehalten werden. Der Strommesser 32 ist durch den Kern eines geschirmten Kabels an die Messelektrode angeschlossen, während die Abschirmelektrode durch den Schirm des geschirmten Kabels 34 an die Abschirmelektrode 28 angeschlossen ist. Das geschirmte Kabel erstreckt sich in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung im Wesentlichen über die gesamte Länge der Verbindungsleitung zwischen der Steuerschaltung 36. Der Strommesser 32 ist ferner dafür konfiguriert, ein Strommesssignal auszugeben, das den komplexen Strom anzeigt, den der Strommesser in die Messelektrode treiben muss, um das Kopieren der Schwingungsspannung zu erreichen. Dieses Strommesssignal zeigt eine kapazitive Kopplung zwischen der Messelektrode und dem Massepotential (des Fahrzeugs) an (veranschaulicht durch die Kapazität 40). Eine (nicht gezeigte) Entscheidungseinheit der Steuerschaltung 36 wertet das Messsignal aus und leitet daraus ab, ob der Fahrer das Lenkrad 18 hält. Der Strommesser 32 kann z. B. einen synchronen Gleichrichter aufweisen, um den reellen und den imaginären Teil des komplexen Stroms zu messen. Die Kapazität 40 bestimmt sich aus der Impedanz, die sich aus U_applied/I_meas errechnet, wobei I_meas der von dem Strommesser 32 gemessene Strom und U_applied die von der Wechselspannungsquelle 30 angelegte Wechselspannung ist. Die Kapazität 41 zeigt die kapazitive Kopplung zwischen der Abschirmelektrode 28 und der (Fahrzeug-)Masse an.
Ein Parallelkondensator 38 ist zwischen dem Knoten 31 und der Abschirmelektrode angeschlossen. Der Parallelkondensator hat eine Kapazität von mindestens 25 mal der Kapazität 41 zwischen der Abschirmelektrode 28 und der Gehäusemasse (die über einen Erdungsanschluss an den Knoten 31 gebunden ist).
Die kapazitive Erkennungsvorrichtung 20 wird von der Autobatterie betrieben, was bei 43 gezeigt ist. Der Erdungsanschluss der kapazitiven Erkennungsvorrichtung 20 ist an die Fahrzeugmasse (Karosseriepotential) gebunden. Eine Kommunikationsleitung 42 ist zur Kommunikation zwischen der kapazitiven Erkennungsvorrichtung 20 und der elektronischen Steuereinheit 16 des ACC-Systems mit Stop-and-Go-Funktionalität vorgesehen (z. B. über den CAN-Bus des Fahrzeugs).
Damit eine kapazitive Erkennungsvorrichtung zuverlässig arbeitet, muss sie sehr geringe Kapazitätsänderungen messen und elektromagnetische Beeinflussungen (EMB) beherrschen. BCI (Stromeinprägung) ist ein Verfahren zur Simulation von elektromagnetischer Beeinflussung. Hierfür ist eine Stromzange (schematisch bei 44 gezeigt) um alle Verbindungsdrähte des Systemkabels angeordnet. Bei den Versuchen wird die Stromzange 44 von einem HF-Verstärker angesteuert, der Störströme mit verschiedenen Frequenzen einprägt (z. B. von 1 MHz bis 400 MHz bei Stromamplituden von bis zu 200 mA). Dies schließt eine Vielzahl von Gleichtaktinterferenz-Strömen I₁, I₂, I₃ ein. Da die verschiedenen Drähte durch Wechselstrom an die Schaltkreiserdung gekoppelt sind, summieren sich die Ströme I₁, I₂, I₃ zu einem Strom I₄, der in die Steuerschaltung 36 der kapazitiven Erkennungsvorrichtung 20 eintritt. Er fließt weiter über die Kapazitäten 40 und 41 von der Masse der kapazitiven Erkennungsvorrichtung (Knoten 31) zur Gehäusemasse. Die Reihenschaltung des Kondensators 38 und der Kapazität 41 zwischen der Abschirmelektrode 28 und der Gehäusemasse (des Fahrzeugs) stellt somit einen Weg mit einer relativ geringen Impedanz für die Gleichtaktinterferenz-Ströme bereit und verhindert im Wesentlichen, dass diese von der Schaltkreiserdung (Knoten 31) in die Messelektronik fließen.
Ein Zahlenbeispiel trägt dazu bei, das durch die Interferenzströme verursachte Problem zu verstehen. Typischerweise beträgt die Messspannung, die von einer Wechselspannungsquelle ausgegeben wird, 0,8 Veff bei 100 kHz. Die Kapazität 40 reicht normalerweise bis zu 5 pF, was einer Impedanz von 320 kOhm bei 100 kHz entspricht. (Die obere Grenze der Kapazität 40 hängt stark von dem System ab, liegt jedoch normalerweise im Bereich von 150 pF bis 250 pF.) Bei einer Kapazität 40 von 5 pF ohne Interferenzströme beträgt der Strom durch die Kapazität 40 etwa 2,5 μA (I_meas = 2,5 μA). Die Kapazität zwischen der Abschirmelektrode 28 und Masse beträgt normalerweise etwa 2 nF, was einer Impedanz von 800 Ohm bei 100 kHz entspricht. Der Strom durch die Kapazität 41 beträgt dann etwa 1 mA. Ausgehend von einem Interferenzstrom I_I von etwa 32 mA bei einer Frequenz von 2 MHz ergibt sich, dass I_I/I_meas = 6400 (= 76 dB). Wenn ein Signal-Rausch-Verhältnis von 20 dB erforderlich ist, beträgt die notwendige Dämpfung des Interferenzstroms 96 dB.
Der Parallelkondensator 38 umgeht die Messschaltung (die Wechselspannungsquelle 30 und den Strommesser 32). In dem Zahlenbeispiel kann die Kapazität des Kondensators 38 z. B. 60 nF betragen (entsprechend einer Impedanz von 1,3 Ohm bei 2 MHz). Der Parallelkondensator 38 und die Erdkapazität 41 der Abschirmelektrode schließen den Kreis des Interferenzstroms, ohne den Strommesser zu stören.
Die Wechselspannungsquelle 30 muss einen Strom bei der Messfrequenz (z. B. 100 kHz) in den Parallelkondensator 38 treiben. Bei einer tatsächlichen Umsetzung impliziert die maximale Last, die die Wechselspannungsquelle 30 antreiben kann, somit eine Obergrenze für die Kapazität des Parallelkondensators 38.
Während eine spezifische Ausführungsform im Detail beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass angesichts der Gesamtlehre der Offenbarung verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details entwickelt werden könnten. Demnach sollen die besonderen offenbarten Anordnungen nur der Veranschaulichung dienen und nicht den Rahmen der Erfindung begrenzen, für die der gesamte Umfang der beigefügten Ansprüche und aller Äquivalente von diesen gilt.
Bezugszeichenliste

10: Auto
12: ACC-System
14: Radarsensor
16: Elektronische Steuereinheit
18: Lenkrad
20: kapazitive Erkennungsvorrichtung
22: Einfassung
24: Lenkradrahmen
26: Messelektrode
28: Abschirmelektrode
30: Wechselspannungsquelle
31: Knoten an Schaltkreiserdungspotential (Schaltkreiserdung)
32: Strommesser
34: geschirmtes Kabel
36: Steuerschaltung der kapazitiven Erkennungsvorrichtung
38: Parallelkondensator
40: Kapazität zwischen der Messelektrode und Gehäusemasse (zu messende Größe)
41: Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und Gehäusemasse
42: Kommunikationsleitung
43: Autobatterie
44: Stromzange

Claims

Kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Messelektrode (26) zum Erzeugen eines elektrischen Schwingungsfeldes in einem Erkennungsraum; eine Abschirmelektrode (28), die auf einer Seite der Messelektrode, die von dem Erkennungsraum weg weist, angeordnet ist; eine Schaltkreiserdung und einen Erdungsanschluss zum Anschließen der Schaltkreiserdung an die Gehäusemasse des Fahrzeugs gekennzeichnet durch mindestens einen Parallelkondensator (38), der zwischen der Schaltkreiserdung (31) und der Abschirmelektrode (28) geschaltet ist, wobei der mindestens eine Parallelkondensator (38) eine Kapazität von mindestens 25 mal einer Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und der Gehäusemasse des Fahrzeugs aufweist.
Kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, aufweisend: eine Wechselspannungsquelle (30), die zwischen der Gehäusemasse (31) und der Abschirmelektrode angeschlossen ist, wobei die Wechselspannungsquelle derart konfiguriert ist, dass sie eine Schwingspannung mit einer Messfrequenz im Bereich von 50 kHz bis 500 kHZ an die Abschirmelektrode anlegt, und einen Strommesser (32), der zwischen der Messelektrode und der Abschirmelektrode angeschlossen ist, wobei der Strommesser derart konfiguriert ist, dass er die Schwingspannung in Bezug auf Amplitude und Phase in die Messelektrode (26) kopiert und ein Strommesssignal ausgibt, das einen komplexen Strom durch den Strommesser anzeigt, der benötigt wird, um das Kopieren der Schwingspannung zu erreichen; wobei das Strommesssignal die kapazitive Kopplung (40) zwischen der Messelektrode (26) und Bezugspotential anzeigt.
Kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Parallelkondensator (38) ein Kondensator mit einer Kapazität im Bereich von 20 bis 100 nF ist.
Kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Parallelkondensator (38) einen ersten Kondensator mit einer Kapazität im Bereich von 20 bis 100 nF und einen zweiten, zum ersten Kondensator parallelen Kondensator aufweist, der eine Kapazität im Bereich von 50 bis 200 pF aufweist.
Kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, aufweisend ein geschirmtes Kabel (34) mit einem Kern und einem Schirm, wobei der Kern die Messelektrode (26) mit dem Strommesser (32) verbindet, und wobei der Schirm die Abschirmelektrode (28) mit der Wechselspannungsquelle (30) verbindet.
Detektor zum Erkennen, ob Hände ein Lenkrad (18) berühren oder nicht, aufweisend eine kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Lenkrad (18), aufweisend einen Detektor nach Anspruch 6 zum Erkennen, ob Hände ein Lenkrad (18) berühren oder nicht.
Aktives Tempomatsystem (12), aufweisend einen Detektor nach Anspruch 6 zum Erkennen, ob Hände ein Lenkrad (18) berühren oder nicht.
Insassendetektor für einen Autositz, aufweisend eine kapazitive Erkennungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Autositz, aufweisend einen Insassendetektor nach Anspruch 9.