QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Keine.No.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Heiz- und Sensorsysteme zur Verwendung in Fahrzeugen umfassen derzeit mehrere Mattenschichten, einschließlich einer Heizmatte zum Beheizen einer Oberfläche angrenzend an die Heizmatte, einer separaten Sensormatte zum Erfassen der Anwesenheit eines Insassen angrenzend an die Sensormatte und einer Abschirmmatte, die zwischen der Sensormatte und einem Rahmen des Fahrzeugteils angeordnet ist, an dem die Sensormatte und die Heizmatte angeordnet sind. Die Abschirmmatte verhindert eine parasitäre Kapazität zwischen dem Rahmen und der Sensormatte. Das Anbringen mehrerer Matten um ein Fahrzeugteil kann jedoch für die Herstellung umständlich sein und erfordert zusätzliche Kosten und Materialien.Heating and sensor systems for use in vehicles currently include multiple layers of mats, including a heating mat for heating a surface adjacent to the heating mat, a separate sensor mat for sensing the presence of an occupant adjacent to the sensor mat, and a shielding mat sandwiched between the sensor mat and a frame of the Vehicle part is arranged on which the sensor mat and the heating mat are arranged. The shielding mat prevents parasitic capacitance between the frame and the sensor mat. However, placing multiple mats around a vehicle part can be cumbersome to manufacture and requires additional cost and materials.
Daher wird eine verbesserte Sensormatte benötigt, die die Fähigkeit besitzt, zu heizen und parasitäre Kapazitäten mit dem Rahmen des angrenzenden Fahrzeugteils zu vermeiden.What is needed is an improved sensor mat that has the ability to heat and avoid parasitic capacitances with the frame of the adjacent vehicle part.
KURZZUSAMMENFASSUNGBRIEF SUMMARY
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst eine Sensormatte ein Mattensubstrat, eine Sensorelektrode und eine Abschirmelektrode. Wenigstens ein Abschnitt der Sensor- und Abschirmelektroden sind auf einer ersten Oberfläche des Mattensubstrats in einer gemeinsamen Ebene voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet. Die Abschirmelektrode ist elektrisch an eine Spannungsquelle gekoppelt, um eine Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und der Sensorelektrode zu erzeugen, und die Sensorelektrode wird zur Erkennung einer Kapazitätsänderung verwendet. So erkennt die Sensorelektrode beispielsweise eine Kapazitätsänderung als Reaktion auf die Anwesenheit eines leitfähigen Objekts, wie zum Beispiel einer menschlichen Hand, auf oder in der Nähe der Sensorelektrode. Bei einigen Ausführungsformen kann die Sensormatte um einen Rand einer Lenkradbaugruppe gewickelt, unter einer Airbag-Abdeckung oder einer Einfassung einer Lenkradbaugruppe oder unter einer Sitzabdeckung in einem Fahrzeug angebracht sein, um die Anwesenheit eines Insassen zu erkennen und/oder um festzustellen, dass der Insasse die Lenkradbaugruppe in der Nähe der Sensormatte berührt.According to various embodiments, a sensor mat comprises a mat substrate, a sensor electrode and a shielding electrode. At least a portion of the sensor and shield electrodes are spaced apart from one another on a first surface of the mat substrate and are arranged parallel to one another. The shield electrode is electrically coupled to a voltage source to create a capacitance between the shield electrode and the sensor electrode, and the sensor electrode is used to detect a change in capacitance. For example, the sensor electrode detects a change in capacitance in response to the presence of a conductive object, such as a human hand, on or near the sensor electrode. In some embodiments, the sensor mat may be wrapped around an edge of a steering wheel assembly, under an airbag cover or bezel of a steering wheel assembly, or under a seat cover in a vehicle to detect the presence of an occupant and / or to determine that the occupant is the Steering wheel assembly touched near the sensor mat.
Andere verschiedene Ausführungsformen umfassen eine Methode zur Erfassung des Kontakts eines Bedieners mit einem Abschnitt eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst (1) das Anordnen einer Sensormatte angrenzend an einen Abschnitt des Fahrzeugs, (2) das Steuern einer Spannungsquelle, um einen ersten Strom durch eine Abschirmelektrode der Sensormatte fließen zu lassen, um die Sensorelektrode vor parasitärer Kapazität abzuschirmen, und (3) das Steuern der Spannungsquelle, um einen zweiten Strom durch die Abschirmelektrode fließen zu lassen, um die Sensormatte zu heizen. Der zweite Strom ist größer als der erste Strom. Die Sensormatte umfasst ein Mattensubstrat, eine Sensorelektrode, die angrenzend an die erste Oberfläche des Mattensubstrats angeordnet ist, und die Abschirmelektrode, die angrenzend an die erste Oberfläche des Mattensubstrats angeordnet ist. Wenigstens ein Abschnitt der Abschirmelektrode ist von wenigstens einem Abschnitt der Sensorelektrode beabstandet und parallel zu diesem und befindet sich in derselben Ebene wie dieser, und die Abschirmelektrode ist elektrisch an eine Spannungsquelle gekoppelt, um eine Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und der Sensorelektrode zu erzeugen. Die Sensorelektrode wird zur Erkennung einer Kapazitätsänderung verwendet.Other various embodiments include a method of sensing operator contact with a portion of a vehicle. The method includes (1) placing a sensor mat adjacent a portion of the vehicle, (2) controlling a voltage source to flow a first current through a shield electrode of the sensor mat to shield the sensor electrode from parasitic capacitance, and (3) controlling the voltage source to flow a second current through the shield electrode to heat the sensor mat. The second stream is larger than the first stream. The sensor mat includes a mat substrate, a sensor electrode which is arranged adjacent to the first surface of the mat substrate, and the shielding electrode which is arranged adjacent to the first surface of the mat substrate. At least a portion of the shield electrode is spaced from and parallel to and is in the same plane as at least a portion of the sensor electrode, and the shield electrode is electrically coupled to a voltage source to create a capacitance between the shield electrode and the sensor electrode. The sensor electrode is used to detect a change in capacitance.
FigurenlisteFigure list
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen beispielhaften Ausführungsformen in den Zeichnungen, die im Folgenden kurz beschrieben werden, deutlich.
- 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensormatte gemäß einer Ausführungsform.
- 2A zeigt einen Querschnitt der Sensormatte aus 1 entlang der Linie 2A-2A.
- 2B zeigt einen Querschnitt der Sensormatte aus 1 entlang der Linie 2B-2B.
- 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensormatte gemäß einer anderen hier beschriebenen Ausführungsform.
- 4A zeigt einen schematischen elektrischen Schaltplan gemäß einer Ausführungsform.
- 4B zeigt eine Logiktabelle, die die Schaltung aus 4A wie hier beschrieben implementiert.
These and other features, aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following description and the associated exemplary embodiments in the drawings, which are briefly described below. - 1 shows a top view of a sensor mat according to an embodiment.
- 2A shows a cross section of the sensor mat 1 along the line 2A-2A.
- 2 B shows a cross section of the sensor mat 1 along the line 2B-2B.
- 3rd shows a plan view of a sensor mat according to another embodiment described here.
- 4A shows a schematic electrical circuit diagram according to an embodiment.
- 4B shows a logic table showing the circuit 4A implemented as described here.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst eine Sensormatte ein Mattensubstrat 12, eine Sensorelektrode 14 und eine Abschirmelektrode 16. Wenigstens ein Abschnitt der Sensor- und Abschirmelektroden 14, 16 sind auf einer ersten Oberfläche 18 des Mattensubstrats 12 innerhalb einer Ebene voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet. Die Abschirmelektrode 16 ist elektrisch an eine Spannungsquelle innerhalb der Systemschaltung gekoppelt, um eine Kapazität zwischen der Abschirmelektrode 16 und der Sensorelektrode 14 zu erzeugen, und die Sensorelektrode 14 wird zur Erkennung einer Änderung der Kapazität zwischen den Elektroden verwendet. Die Sensorelektrode erkennt beispielsweise eine Kapazitätsänderung als Reaktion auf die Anwesenheit eines leitfähigen Objekts, zum Beispiel einer menschlichen Hand, auf oder in der Nähe des Abschnitts der Sensorelektrode, der parallel zur Abschirmelektrode liegt. In einigen Ausführungsformen kann die Sensormatte 10 um einen Rand einer Lenkradbaugruppe gewickelt, unter einer Airbag-Abdeckung oder einer Einfassung einer Lenkradbaugruppe oder unter einem Sitzabdeckung in einem Fahrzeug angebracht sein, um die Anwesenheit eines Insassen zu erkennen und/oder um festzustellen, dass der Insasse die Lenkradbaugruppe in der Nähe der Sensormatte berührt. Diese hier beschriebene Sensormatte reduziert die Anzahl der Schichten, die zur Erfassung und zur Ermöglichung von Heizoptionen entlang eines Abschnitts der Fahrzeugoberfläche erforderlich sind.According to various embodiments, a sensor mat comprises a mat substrate 12th , a sensor electrode 14 and a shield electrode 16 . At least a portion of the sensor and shield electrodes 14 , 16 are on a first surface 18th of the mat substrate 12th spaced apart from one another and arranged parallel to one another. The shielding electrode 16 is electrically connected to a voltage source within the System circuit coupled to a capacitance between the shield electrode 16 and the sensor electrode 14 to generate and the sensor electrode 14 is used to detect a change in capacitance between the electrodes. For example, the sensor electrode detects a change in capacitance in response to the presence of a conductive object, such as a human hand, on or near the portion of the sensor electrode that is parallel to the shield electrode. In some embodiments, the sensor mat 10th wrapped around an edge of a steering wheel assembly, under an airbag cover or bezel of a steering wheel assembly, or under a seat cover in a vehicle to detect the presence of an occupant and / or to determine that the occupant has the steering wheel assembly near the sensor mat touched. This sensor mat described here reduces the number of layers required to detect and enable heating options along a portion of the vehicle surface.
Die hier offenbarten Erkennungssysteme, wie das System in 4, können einen Mikrocontroller 401 oder einen beliebigen Prozessor oder eine elektronische Steuereinheit (ECU) umfassen, die die Insassenerkennung steuert und verschiedene Messungen von den Systemkomponenten erhält (z. B. der Sensorelektrode 414, der Heiz-/Abschirmelektrode 416 und zugehörigen Schaltern 408, 410). Der Mikrocontroller 401 kann konfiguriert sein, mit anderen Fahrzeugsystemen wie zum Beispiel Fahrzeugsicherheitssystemen (zum Beispiel Airbag- und Sicherheitsgurtsystemen) zu interagieren. Der Mikrocontroller kann ein Signal an andere Fahrzeugsicherheitssysteme oder Zusatzsysteme liefern, um die Erfahrung eines Fahrzeuginsassen im Fahrzeug zu überwachen. Ein Mikrocontroller 401, der hier für die Analyse der Insassenerkennung verwendet wird, kann mit einem separaten Controller für ein anderes Fahrzeugsystem integriert sein, wie zum Beispiel dem Controller, der für ein Fahrzeugsicherheitssystem verwendet wird.The detection systems disclosed here, such as the system in 4th , can use a microcontroller 401 or include any processor or electronic control unit (ECU) that controls occupant detection and receives various measurements from the system components (e.g., the sensor electrode 414 , the heating / shielding electrode 416 and associated switches 408 , 410 ). The microcontroller 401 may be configured to interact with other vehicle systems, such as vehicle safety systems (e.g., airbag and seat belt systems). The microcontroller can deliver a signal to other vehicle safety systems or auxiliary systems to monitor a vehicle occupant's experience in the vehicle. A microcontroller 401 , which is used here for the analysis of the occupant detection, can be integrated with a separate controller for another vehicle system, such as the controller used for a vehicle safety system.
Die Elektroden 414, 416 können wie die Beispielelektroden 14, 16 konstruiert sein, die in 1 und 2 im Detail dargestellt sind. Diese Figuren zeigen eine Ausführungsform einer Sensormatte 10 mit einer Sensorelektrode 14 und einer Abschirm-/Heizelektrode 16. Die Sensormatte 10 umfasst das Mattensubstrat 12, die Sensorelektrode 14 und die Abschirmelektrode 16. Das Mattensubstrat 12 hat eine erste ebene Oberfläche 18, auf der die Sensorelektrode 14 und die Abschirmelektrode 16 angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen ist die Kapazität, um die es bei dieser Offenbarung geht, die Kapazität zwischen der Sensorelektrode 14 und der Abschirmelektrode 16, und der Abstand 23 zwischen den Elektroden weist eine Kapazität auf, wenn eine Spannung an eine der Elektroden, typischerweise die Abschirmelektrode 16,416, angelegt ist (4). In anderen Ausführungsformen kann ein dielektrisches Material 22 auf der ersten ebenen Oberfläche 18 und/oder zwischen den Elektroden 14, 16 angeordnet sein. Zum Beispiel ist das in 2A gezeigte dielektrische Material 22 auf und zwischen den Elektroden 14, 16 an Stellen überlagert, an denen die Struktur des Systems ein Kreuzen der Elektrodenbahnen erfordert. In anderen nicht-einschränkenden Ausführungsformen kann sich dieses Dielektrikum 22 weiterhin über eine erste ebene Oberfläche 18 des Mattensubstrats 12 erstrecken, auf der die Elektroden 14, 16 positioniert sind.The electrodes 414 , 416 can like the sample electrodes 14 , 16 be constructed in 1 and 2nd are shown in detail. These figures show an embodiment of a sensor mat 10th with a sensor electrode 14 and a shielding / heating electrode 16 . The sensor mat 10th includes the mat substrate 12th , the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 . The mat substrate 12th has a first flat surface 18th on which the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 are arranged. In some embodiments, the capacitance that is the subject of this disclosure is the capacitance between the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 , and the distance 23 between the electrodes has a capacitance when a voltage is applied to one of the electrodes, typically the shield electrode 16 , 416 , is created ( 4th ). In other embodiments, a dielectric material 22 on the first flat surface 18th and / or between the electrodes 14 , 16 be arranged. For example, that's in 2A dielectric material shown 22 on and between the electrodes 14 , 16 overlaid in places where the structure of the system requires crossing the electrode tracks. In other non-limiting embodiments, this dielectric can 22 still over a first flat surface 18th of the mat substrate 12th extend on the electrodes 14 , 16 are positioned.
In der in 1 gezeigten Anordnung hat das Mattensubstrat 12 einen äußeren Umfang 13, der ein erstes Ende 11 und ein zweites Ende 15, das vom ersten Ende 11 beabstandet ist, umfasst. Eine erste Seite 7 und eine zweite Seite 9 liegen sich ebenfalls gegenüber und schließen an die Enden 11, 15 des Mattensubstrats 12 an, um den Umfang 13 zu vervollständigen. In einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung werden die Komponenten als relativ zueinander positioniert beschrieben, und ohne den Umfang der Ausführungsformen einzuschränken, wird eine bequeme Perspektive geboten, indem die erste Oberfläche 18 des Mattensubstrats als horizontaler Bezugspunkt betrachtet wird. Objekte auf dem Substrat können sich seitlich entlang einer horizontalen Achse, die von der ersten Seite 7 bis zur zweiten Seite 9 verläuft, oder in Längsrichtung vom ersten Ende 11 bis zum zweiten Ende 15 erstrecken. Bei Komponenten auf dem Substrat kann davon ausgegangen werden, dass sie eine Höhe oder Dicke haben, die durch eine Abmessung bestimmt wird, die sich vertikal von der ersten Oberfläche 18 des Mattensubstrats 12 erstreckt.In the in 1 arrangement shown has the mat substrate 12th an outer perimeter 13 having a first end 11 and a second end 15 that from the first end 11 is spaced. A first page 7 and a second page 9 are also opposite and close to the ends 11 , 15 of the mat substrate 12th to the scope 13 to complete. In some embodiments of this disclosure, the components are described as being positioned relative to one another, and without limiting the scope of the embodiments, a convenient perspective is provided by the first surface 18th of the mat substrate is considered as a horizontal reference point. Objects on the substrate can extend sideways along a horizontal axis from the first side 7 to the second page 9 runs, or longitudinally from the first end 11 until the second end 15 extend. Components on the substrate can be assumed to have a height or thickness that is determined by a dimension that is vertical from the first surface 18th of the mat substrate 12th extends.
Ein Merkmal des offenbarten Objekterfassungssystems ist, dass die elektrischen Komponenten auf dem Substrat, insbesondere die Sensorelektrode 14 und die Abschirmelektrode 16, in nicht überlappenden Mustern angeordnet sind, die als konzentrisch angesehen werden können, wenigstens entlang wenigstens eines Abschnitts des Mattensubstrats 12. Im nicht-einschränkenden Beispiel aus 1 umfasst die Abschirmelektrode 16 einen äußeren Abschnitt 16a, der mit einem inneren Abschnitt 16b operativ verbunden ist. Der äußere Abschnitt 16a definiert eine Begrenzung, die an einen äußeren Umfang 13 des Mattensubstrats 12 angrenzt. In der in 1 gezeigten Ausführungsform definiert der äußere Abschnitt 16a eine allgemein U-förmige Begrenzung. Der innere Abschnitt 16b der Abschirmelektrode 16 ist nach innen und vom äußeren Abschnitt 16a beabstandet. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der innere Abschnitt 16b ebenfalls rechteckig geformt. Zwei Leitungen 16c, 16d der Abschirmelektrode 16 erstrecken sich zwischen einer Verbindung des äußeren Abschnitts 16a und des inneren Abschnitts 16b zum ersten Ende 11 des Mattensubstrats 12. Die Leitungen 16c, 16d sind an den Controller 20 gekoppelt.A feature of the disclosed object detection system is that the electrical components on the substrate, in particular the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 , are arranged in non-overlapping patterns that can be considered concentric, along at least a portion of the mat substrate 12th . In the non-limiting example 1 includes the shield electrode 16 an outer section 16a that with an inner section 16b is operationally connected. The outer section 16a defines a boundary attached to an outer perimeter 13 of the mat substrate 12th adjacent. In the in 1 The embodiment shown defines the outer section 16a a generally U-shaped boundary. The inner section 16b the shielding electrode 16 is inside and from the outer section 16a spaced. In the in 1 The embodiment shown is the inner section 16b also rectangular. Two lines 16c , 16d the shielding electrode 16 extend between a connection of the outer section 16a and the inner section 16b to the first end 11 of the mat substrate 12th . The lines 16c , 16d are connected to the controller 20th coupled.
Die Sensorelektrode 14 umfasst auch einen äußeren Abschnitt 14a und einen inneren Abschnitt 14b. Der äußere Abschnitt 14a ist zwischen dem inneren Abschnitt 16b und den äußeren Abschnitten 16a der Abschirmelektrode 16 angeordnet, und der innere Abschnitt 14b ist zwischen den inneren Bereichen angeordnet, die den inneren Abschnitt 16b der Abschirmung bilden. Zwei Leitungen 14c, 14d der Sensorelektrode 14 erstrecken sich zwischen einer Verbindung des äußeren Abschnitts 14a und des inneren Abschnitts 14b zum ersten Ende 11 des Mattensubstrats 12. Die Leitungen 14c, 14d sind an den Controller 20 gekoppelt. Abschnitte der Sensorelektrode 14 und der Abschirmelektrode 16 kreuzen sich in der Nähe des ersten Endes 11, und zwischen diesen Abschnitten ist dielektrisches Material 22 angeordnet. In einem anderen Sinne umfassen die Abschirmelektrode 16 und die Sensorelektrode 14 Elektrodenabschnitte, die sich von Seite 7 bis Seite 9 von Abschirmelektrodenabschnitt zu Sensorelektrodenabschnitt mit einem Abstand 23 dazwischen abwechseln. Diese Art der seitlich angeordneten Anordnung von abwechselnden Erfassungs- und Abschirmelektrodenabschnitten kann in anderen Ausführungsformen genauso gut von einem Ende zum anderen Ende verlaufen.The sensor electrode 14 also includes an outer section 14a and an inner section 14b . The outer section 14a is between the inner section 16b and the outer sections 16a the shielding electrode 16 arranged, and the inner section 14b is located between the inner areas that make up the inner section 16b form the shield. Two lines 14c , 14d the sensor electrode 14 extend between a connection of the outer section 14a and the inner section 14b to the first end 11 of the mat substrate 12th . The lines 14c , 14d are connected to the controller 20th coupled. Sections of the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 intersect near the first end 11 , and between these sections is dielectric material 22 arranged. In another sense, include the shield electrode 16 and the sensor electrode 14 Electrode sections extending from side 7 to side 9 from the shielding electrode section to the sensor electrode section at a distance 23 alternate between them. This type of side-to-side arrangement of alternate sensing and shielding electrode sections may as well run from one end to the other end in other embodiments.
Gemäß anderer Ausführungsformen können die Abschirmung 16 und die Sensorelektroden 14 auch in anderen nicht-rechtwinkligen Anordnungen angeordnet sein, wie zum Beispiel in der in 3 gezeigten sinusförmigen Anordnung. 3 veranschaulicht, wie die Sensorelektrode 14 und die Abschirm-/Heizelektrode 16 in einer horizontalen Ebene seitlich versetzt angeordnet sein können, wobei die obere Oberfläche 18 der Sensormatte 10 als horizontale Ebene betrachtet wird und der seitliche Versatz zwischen der ersten Seite 7 und der zweiten Seite 9 aus 1 liegt. Die Oberfläche der Sensormatte stützt die Elektroden und erstreckt sich seitlich zwischen Abschnitten der Elektroden. Andere nicht überlappende Formen der Sensor- und Abschirmelektroden 14, 16 fallen in den Bereich dieser Offenbarung und führen zu einer im Wesentlichen flachen Anordnung für ein Sensor- und Abschirmsystem auf einer Sensormatte 10, wie offenbart. Indem die Sensorelektrode 14 und die Abschirmelektrode 16 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, ist die Matte 10 für den Einsatz an vielen Stellen in einem Fahrzeug konfiguriert, ohne dass das Sensorsystem mit Masse, Unebenheiten und/oder unnötiger Dicke versehen wird. Die Matte 10 ist auch für die Umhüllung von Fahrzeugkomponenten wie zum Beispiel einem Lenkrad im Fahrzeug konfiguriert. In dieser Ausführungsform sind die Matte 10 und die Sensoren 14, 16 flexibel genug, um gebogen und gewickelt zu werden, ohne dass die Funktionalität der Sensorik, Abschirmung und/oder Heizung unter Berücksichtigung der Kapazität zwischen den Elektroden verloren geht. Ausführungsformen dieser Offenbarung, die sich auf die Elektroden 14, 16 als in einer gemeinsamen Ebene liegend beziehen, sollen in keiner Weise einschränkend sein, sondern die hier besprochene Ebene betont, dass die Position der Elektroden 14, 16 auf der Matte 10 zu einer flachen Anordnung führt, wobei die Sensoren eine parallele und möglicherweise gleichmäßige Dicke oder Höhenabmessung haben, die vertikal von der Oberseite 18 der Matte angeordnet ist.According to other embodiments, the shield 16 and the sensor electrodes 14 also be arranged in other non-rectangular arrangements, such as in the in 3rd shown sinusoidal arrangement. 3rd illustrates how the sensor electrode 14 and the shielding / heating electrode 16 may be laterally offset in a horizontal plane, the upper surface 18th the sensor mat 10th is considered as the horizontal plane and the lateral offset between the first page 7 and the second page 9 out 1 lies. The surface of the sensor mat supports the electrodes and extends laterally between sections of the electrodes. Other non-overlapping forms of the sensor and shield electrodes 14 , 16 fall within the scope of this disclosure and result in a substantially flat arrangement for a sensor and shielding system on a sensor mat 10th as revealed. By placing the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 arranged in a common plane is the mat 10th configured for use in many places in a vehicle without the sensor system being provided with mass, unevenness and / or unnecessary thickness. The mat 10th is also configured to encase vehicle components such as a steering wheel in the vehicle. In this embodiment, the mat 10th and the sensors 14 , 16 flexible enough to be bent and wound without losing the functionality of the sensors, shielding and / or heating, taking into account the capacitance between the electrodes. Embodiments of this disclosure that relate to the electrodes 14 , 16 referring to lying in a common plane are not intended to be limiting in any way, but rather the plane discussed here emphasizes that the position of the electrodes 14 , 16 on the mat 10th leads to a flat arrangement, with the sensors having a parallel and possibly uniform thickness or height dimension that is vertical from the top 18th the mat is arranged.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Sensorelektrode 14 und die Abschirmelektrode 16 leitende Drähte, die mit dem Mattensubstrat 12 gekoppelt sind, zum Beispiel durch Nähen an das Mattensubstrat 12, durch Kleben (zum Beispiel Leimen) auf das Mattensubstrat 12 oder durch Drucken von leitender Tinte auf die erste ebene Oberfläche 18 des Mattensubstrats 12. Die Sensor- und Abschirmelektroden 14, 16 können auch beliebige, im Wesentlichen flache, flexible, längliche Leiter sein, wie zum Beispiel solche, die in Streifen oder anderen Formen verfügbar sind, die für eine konzentrische Strukturierung auf der Matte 10 dienlich sind. 1 veranschaulicht, dass der Abstand auf der Matte 10 zwischen der Sensorelektrode 14 und der Abschirmelektrode 16 aufgrund der elektrischen Felder, die innerhalb des Abstands 22 induziert werden können, dimensionsmäßig und strukturell so ausgelegt ist, dass sich eine elektrische Kapazität zwischen den sich nicht-überlappenden Teilen der Sensorelektrode 14 und der Abschirmelektrode 16 ergibt.In some embodiments, the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 conductive wires to the mat substrate 12th are coupled, for example by sewing on the mat substrate 12th , by gluing (for example gluing) on the mat substrate 12th or by printing conductive ink on the first flat surface 18th of the mat substrate 12th . The sensor and shield electrodes 14 , 16 can also be any substantially flat, flexible, elongated conductors, such as those available in strips or other shapes, for concentric structuring on the mat 10th are useful. 1 illustrates that the distance on the mat 10th between the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 due to the electrical fields that are within the distance 22 can be induced, dimensionally and structurally so that there is an electrical capacitance between the non-overlapping parts of the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 results.
Wie in der Ausführungsform in 4 gezeigt, kann die elektrische Kapazität induziert werden, wenn die Sensor-14 und Abschirmelektroden 16 mit einem Controller 20 gekoppelt sind, der eine Spannungsquelle für die Abschirmelektrode 16 bereitstellt und ein Kapazitätssignal von der Sensorelektrode 14 empfängt. Die Spannungsquelle ist durch den Controller 20 so steuerbar, dass ein erster oder zweiter Strom durch die Abschirmelektrode 16 fließt. Die an die Abschirmelektrode 16 angelegte Spannung erzeugt eine Kapazität zwischen der Abschirmelektrode 16 und der Sensorelektrode 14. Das vom Controller 20 von der Sensorelektrode 14 empfangene Signal erfasst eine Kapazitätsänderung in der Sensorelektrode 14, die zur Bestimmung der Anwesenheit eines Insassen oder eines Körperteils des Insassen in der Nähe der Sensormatte 10 verwendet werden kann. Der erste Strom schirmt die Sensorelektrode 14 gegen parasitäre Kapazität von einem Fahrzeugteilrahmen oder einem anderen leitenden Material ab, das nicht von der Sensorelektrode 14 erfasst werden soll, und der zweite Strom heizt die Sensormatte 10. Der erste Strom ist kleiner als der zweite Strom. Der erste Strom kann zum Beispiel weniger als 5 mA betragen, und der zweite Strom kann zwischen 5A und 10A liegen. 4B veranschaulicht die Logiktabelle, die in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform verwendet werden kann, um Heiz-, Abschirm- und Erfassungsoperationen bereitzustellen, die wie gezeigt schalten, um die Ausführungsformen dieser Offenbarung zu implementieren.As in the embodiment in 4th shown, the electrical capacitance can be induced when the sensor-14 and shield electrodes 16 with a controller 20th are coupled, which is a voltage source for the shielding electrode 16 provides and a capacitance signal from the sensor electrode 14 receives. The voltage source is through the controller 20th controllable so that a first or second current through the shield electrode 16 flows. The to the shielding electrode 16 applied voltage creates a capacitance between the shield electrode 16 and the sensor electrode 14 . That from the controller 20th from the sensor electrode 14 received signal detects a change in capacitance in the sensor electrode 14 used to determine the presence of an occupant or a body part of the occupant near the sensor mat 10th can be used. The first current shields the sensor electrode 14 against parasitic capacitance from a vehicle subframe or other conductive material that is not from the sensor electrode 14 is to be detected, and the second current heats the sensor mat 10th . The first current is smaller than that second stream. For example, the first current can be less than 5 mA and the second current can be between 5A and 10A. 4B 13 illustrates the logic table that can be used in a non-limiting embodiment to provide heating, shielding, and sensing operations that switch as shown to implement the embodiments of this disclosure.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen der 4A und 4B eine bestimmte Objektanwesenheitssensortechnologie enthalten, durch welche die Sensorelektrode 14 durchgehend so konfiguriert ist, dass sie eine Berührung durch einen Fahrzeuginsassen, ein leitendes Objekt (einschließlich eines lebenden Insassen) in unmittelbarer Nähe der Sensorelektrode 14 oder ein leitendes Objekt in direktem oder indirektem Kontakt mit der Sensorelektrode 14 erfasst. Das hier beschriebene System ist funktionsfähig, wenn die Berührung oder der Kontakt des Insassen indirekt ist, das heißt eine Materialschicht, wie zum Beispiel eine Sitzabdeckung oder Lenkradleder, zwischen einem Insassen und den eigentlichen Elektroden liegt. Außerdem kann, wenn ein Signal, sei es eine Heizung oder eine Abschirmung, an der Abschirmelektrode vorhanden ist, eine über die Sensorelektrode gezeigte Kapazität von der Systemelektronik nachverfolgt werden. Im Betrieb gewährleistet jedoch das in 4A dargestellte logische Verfahren der in den Mikrocontroller 401 programmierten Software eine größere Genauigkeit, wenn die Erfassung der Anwesenheit eines Insassen zu bestimmten Zeiträumen und die Bereitstellung der vom Insassen gewünschten Heizfunktion zu anderen Zeiträumen stattfindet. Die hier vorgestellten Ausführungsformen umfassen alle verfügbaren Optionen für die Datensignalübertragung und Datenmultiplex-Optionen für die Abtast-, Heiz- und Abschirmungs-Steuersignale und die entsprechenden Ausgänge am Abschirmungssensor 16, um periodisch über eine Zeitspanne zwischen Heizung und Abschirmung umzuschalten, während ein Insasse ein Lenkrad oder einen anderen Teil eines Fahrzeugs betätigt. In einem weiteren, nicht-einschränkenden Beispiel kann das Umschalten zwischen Abschirmung und Heizung entlang bekannter und periodischer Zeitspannen erfolgen, die in die Mikrocontroller-Steuersysteme programmiert sind. Wie in 4A dargestellt, liefert der Mikrocontroller die Eingangs- und Ausgangssteuersignale 403, 412, 414 zur Aktivierung der Erfassungs-, Abschirm- und Heizfunktionen jeweils über die Sensorschaltung 405 und die Heizschaltung 406, die über geeignete Leitungen zur Kommunikation mit den Abtastsignalen 403, dem Abschirmsignal 416 und dem Heizsignal 418 an die Elektroden angeschlossen sind.It should be noted that the embodiments of the 4A and 4B contain a specific object presence sensor technology through which the sensor electrode 14 is continuously configured to be a touch by a vehicle occupant, a conductive object (including a living occupant) in close proximity to the sensor electrode 14 or a conductive object in direct or indirect contact with the sensor electrode 14 detected. The system described here is functional when the touch or contact of the occupant is indirect, that is, a layer of material, such as a seat cover or steering wheel leather, lies between an occupant and the actual electrodes. In addition, if a signal, be it a heater or a shield, is present on the shield electrode, a capacitance shown via the sensor electrode can be tracked by the system electronics. In operation, however, this ensures in 4A logical method shown in the microcontroller 401 programmed software is more accurate when the presence of an occupant is sensed at certain time periods and the heating function desired by the occupant is provided at other time periods. The embodiments presented here include all available options for the data signal transmission and data multiplex options for the scanning, heating and shielding control signals and the corresponding outputs on the shielding sensor 16 to periodically switch between heating and shielding over a period of time while an occupant operates a steering wheel or other part of a vehicle. In another, non-limiting example, switching between shielding and heating can occur along known and periodic time periods programmed into the microcontroller control systems. As in 4A shown, the microcontroller provides the input and output control signals 403 , 412 , 414 to activate the detection, shielding and heating functions via the sensor circuit 405 and the heating circuit 406 that have suitable lines for communication with the scanning signals 403 , the shielding signal 416 and the heating signal 418 are connected to the electrodes.
In einigen Ausführungsformen ist die Abschirmelektrode 16 geerdet, um Referenzwerte bei der Modellierung des kapazitiven Ansprechverhaltens der Sensorelektrode 14, 414 und der Abschirmelektrode 16, 416 zu liefern. Die Erdung der Abschirmelektrode 16 erzeugt eine Offset-Kapazität, die parallel zur gemessenen und variablen Kapazität arbeitet, zwischen der Sensorelektrode 14 und der Abschirmelektrode 16. Diese Offset-Kapazität, die beispielhaft in 3 veranschaulicht wird, kann als bekannter konstanter Offset genullt werden. Wie ebenfalls in 3 dargestellt, erlaubt die Konfiguration der Elektroden, wenn die Abschirm-/Heizelektrode 16, 416 geerdet ist, eine Überbrückung zwischen der Sensorelektrode 14 und der Abschirmelektrode 16, um ein größeres kapazitives Signal zu erzeugen, wenn ein leitender Körperteil (zum Beispiel ein Finger) über die Elektroden 14, 16 angelegt ist.In some embodiments, the shield electrode is 16 grounded to reference values when modeling the capacitive response of the sensor electrode 14 , 414 and the shield electrode 16 , 416 to deliver. The grounding of the shielding electrode 16 generates an offset capacitance, which works in parallel to the measured and variable capacitance, between the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 . This offset capacity, which is exemplary in 3rd can be zeroed as a known constant offset. As also in 3rd shown, allows the configuration of the electrodes when the shielding / heating electrode 16 , 416 is grounded, a bridge between the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 to generate a larger capacitive signal when a conductive body part (e.g. a finger) is over the electrodes 14 , 16 is created.
Der Abstand zwischen den parallelen Abschnitten der Abschirmelektrode 16 und der Sensorelektrode 14 ist so gewählt, dass die Empfindlichkeit des kapazitiven Signals erhöht ist. Beispielhafte Abstandsbereiche liegen beispielsweise zwischen 1 mm und 7 mm.The distance between the parallel sections of the shield electrode 16 and the sensor electrode 14 is selected so that the sensitivity of the capacitive signal is increased. Exemplary distance ranges are, for example, between 1 mm and 7 mm.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Sensormatte 10 flexibel. Das Mattensubstrat 12 kann zum Beispiel aus einem flexiblen Material bestehen, wie zum Beispiel der Leder- oder Vinylhaut, die über einer Lenkradbaugruppe oder einer Sitzbaugruppe angebracht ist. Andere beispielhafte Materialien umfassen alle nichtleitenden Materialien, wie Schaumstoff, Filz, PET usw. Die Schicht aus dielektrischem Material 22, die im Mattensubstrat 12 oder auf dessen erster Oberfläche 18 angeordnet sein kann, kann auch ausreichend flexibel sein, um die Anforderungen der jeweiligen Anbringung zu erfüllen. Als dielektrisches Material 22 kann jedes nichtleitende Material, einschließlich der Umgebungsluft zwischen der Sensorelektrode 14 und der Abschirmelektrode 16, verwendet werden.In some embodiments, the sensor mat is 10th flexible. The mat substrate 12th For example, can be made of a flexible material, such as the leather or vinyl skin, which is attached over a steering wheel assembly or a seat assembly. Other exemplary materials include all non-conductive materials such as foam, felt, PET, etc. The layer of dielectric material 22 that in the mat substrate 12th or on its first surface 18th can be arranged, can also be sufficiently flexible to meet the requirements of the respective attachment. As a dielectric material 22 can be any non-conductive material, including the ambient air between the sensor electrode 14 and the shield electrode 16 , be used.
Wie bereits erwähnt, ermöglicht der einlagige Aufbau des hier beschriebenen Systems eine Verringerung des Abstands zwischen den Elektroden und der Oberfläche des Fahrzeugteils, was die Erfassungs- und Heizfähigkeiten verbessert.As already mentioned, the single-layer structure of the system described here enables the distance between the electrodes and the surface of the vehicle part to be reduced, which improves the detection and heating capabilities.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel oder Stufen plus Funktionselemente in den nachfolgenden Ansprüchen sollen jede Struktur, jedes Material oder jede Handlung zur Erfüllung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie speziell beansprucht, umfassen. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zu Illustrations- und Beschreibungszwecken vorgelegt, soll aber weder erschöpfend noch auf die Erfindung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen werden für den durchschnittlichen Fachmann offensichtlich sein, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen durchschnittlichen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen, die für die jeweilige geplante Verwendung geeignet sind, zu verstehen.The corresponding structures, materials, actions and equivalents of all means or levels plus functional elements in the following claims are intended to encompass any structure, material or action to perform the function in combination with other claimed elements as specifically claimed. The description of the present invention has been presented for purposes of illustration and description, but is not intended to be exhaustive or limited to the invention in the form disclosed. Many modifications and variations will be apparent to those of ordinary skill in the art without departing from the scope and spirit of the invention. The embodiment was chosen and described in order to best explain the principles of the invention and its practical application and to enable other ordinary persons skilled in the art to understand the invention for different embodiments with different modifications which are suitable for the respective intended use.
