DE112019000312T5 - Kapazitives sensor- und heizungssystem für lenkräder oder sitze zur erfassung der anwesenheit einer hand eines insassen am lenkrad oder des insassen auf einem sitz - Google Patents

Abstract

Ein Kapazitätsmesssystem, das einen Insassen eines Fahrzeugs erfasst. Eine Sensor/Heizungs-Anordnung ist in einem Sitz und/oder einem Lenkrad eines Fahrzeugs angeordnet und umfasst einen Sensor und eine neben dem Sensor angeordnete Heizung. Eine Messschaltung ist so konfiguriert, dass sie ein Erregungssignal an die Messschaltung und die Sensor/Heizungs-Anordnung ausgibt, eine Resonanzfrequenz der Messschaltung und der Sensor/Heizungs-Anordnung als Reaktion auf das Erregungssignal misst; mindestens einen Kapazitätswert auf der Grundlage der Resonanzfrequenz bestimmt; und auf der Grundlage des mindestens einen Kapazitätswertes bestimmt, ob sich ein Körperteil in der Nähe des Sensors befindet.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
• Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/621,323 , die am 24. Januar 2018 eingereicht wurde. Die gesamte Offenbarung der oben genannten Anmeldung ist hier durch Verweis aufgenommen.
• EINLEITUNG
• Die in diesem Abschnitt bereitgestellten Informationen dienen dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Arbeiten der gegenwärtig genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung sonst nicht als Stand der Technik gelten würden, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
• Fahrzeuge, wie z.B. teilweise oder vollständig autonome Fahrzeuge, können ein autonomes Fahrzeugsteuerungssystem enthalten, das das Fahren des Fahrzeugs automatisch steuert, wenn bestimmte Bedingungen vorliegen. Zu den autonomen Fahrzeugsteuerungssystemen gehören typischerweise ein Navigationssystem, eine Reihe externer Sensoren wie Radar- oder Lidarsensoren und Stellglieder, die Lenkung, Bremsen und Beschleunigung des Fahrzeugs steuern.
• Bei teilautonomen Fahrzeugen kann es in bestimmten Fahrsituationen erforderlich sein, dass ein Fahrer eingreift und/oder das Führen des Fahrzeugs übernimmt. Zum Beispiel kann das Fahren auf einer Autobahn durch das autonome Fahrzeugsteuerungssystem gehandhabt werden. Ein Eingreifen des Fahrers kann bei einem Unfall oder einer Baumaßnahme auf der Fahrbahn oder wenn das Fahrzeug von der Autobahn abfährt, erforderlich sein. Infolgedessen werden die Fahrzeuge vor dem Ausschalten des Fahrzeugsteuerungssystems wahrscheinlich erfassen müssen, ob eine Hand oder die Hände des Insassen am Lenkrad des Fahrzeugs sind oder nicht.
• Sensoren, die sich in Sitzen des Fahrzeugs befinden, können ebenfalls verwendet werden, um die An- oder Abwesenheit eines Insassen des Fahrzeugs zu erkennen und/oder um ein Gewicht des Insassen zu schätzen. Auf der Grundlage der Anwesenheit und/oder des Gewichts des Insassen können Sicherheitsrückhaltesysteme wie Airbags und Gurtstraffer selektiv aktiviert oder deaktiviert werden.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Ein Kapazitätsmesssystem, das einen Insassen eines Fahrzeugs erfasst. Eine Sensor/Heizungs-Anordnung ist in einem Sitz und/oder einem Lenkrad eines Fahrzeugs angeordnet und umfasst einen Sensor und eine neben dem Sensor angeordnete Heizung. Eine Messschaltung ist so konfiguriert, dass sie ein Erregungssignal an die Messschaltung und die Sensor/Heizungs-Anordnung ausgibt, eine Resonanzfrequenz der Messschaltung und der Sensor/Heizungs-Anordnung als Reaktion auf das Erregungssignal misst; mindestens einen Kapazitätswert auf der Grundlage der Resonanzfrequenz bestimmt; und auf der Grundlage des mindestens einen Kapazitätswertes bestimmt, ob sich ein Körperteil in der Nähe des Sensors befindet.
• Bei anderen Merkmalen umfasst die Sensor/Heizungs-Anordnung ein Substrat. Der Sensor ist auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet. Die Heizung ist auf einer entgegengesetzten Oberfläche des Substrats angeordnet.
• Bei anderen Merkmalen umfasst das Substrat ein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Schaumstoff, Filz, Gewebe und Gewirke besteht. Der Sensor umfasst einen ersten Draht, der in einem ersten vorbestimmten Muster auf der einen Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Die Heizung umfasst einen zweiten Draht, der in einem zweiten vorbestimmten Muster auf der entgegengesetzten Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Der zweite Draht in dem zweiten vorbestimmten Muster weist einen Abstand mit einer maximalen Distanz auf, die kleiner oder gleich 4 mm, 3 mm oder 2 mm ist.
• Bei anderen Merkmalen befestigt ein nichtleitender Faden den Sensor und/oder die Heizung an dem Substrat. Die Messschaltung umfasst einen LC-Schwingkreis. Eine Erregungsschaltung steht in Kommunikation mit dem LC-Schwingkreis und ist so konfiguriert, dass sie das Erregungssignal erzeugt, das an den LC-Schwingkreis ausgegeben wird. Eine Frequenzmessungsschaltung steht mit dem LC-Schwingkreis in Verbindung und ist so konfiguriert, dass sie die Resonanzfrequenz als Reaktion auf das Erregungssignal misst. Eine Steuerung ist so konfiguriert, dass sie das Erregungssignal auslöst; die Resonanzfrequenz empfängt; den Kapazitätswert auf der Grundlage der Resonanzfrequenz bestimmt; und auf der Grundlage des Kapazitätswerts bestimmt, ob sich das Körperteil in der Nähe des Sensors befindet.
• Bei anderen Merkmalen ist eine Treiberschaltung zwischen dem LC-Schwingkreis und der Heizung angeordnet und so konfiguriert, dass sie die Heizung als Reaktion auf das Erregungssignal ansteuert. Bei anderen Merkmalen ist eine Abschirmschicht neben der Heizung angeordnet. Die Abschirmschicht ist über einen Kondensator mit der Heizung und der Treiberschaltung verbunden. Der Sensor und die Heizung sind um ein Lenkrad herum angeordnet. Der Sensor und die Heizung sind in einer Fahrzeugsitzanordnung angeordnet.
• Bei anderen Merkmalen umfasst die Messschaltung eine Treiberschaltung mit einem Schalter auf der hohen Seite, der so konfiguriert ist, dass er ein Ende der Heizung selektiv mit einer Spannungsreferenz verbindet, und mit einem Schalter auf der niedrigen Seite, der so konfiguriert ist, dass er ein anderes Ende der Heizung selektiv mit einem Referenzpotential verbindet. Ein Treiberschalter ist so konfiguriert, dass er die Treiberschaltung selektiv mit der Heizung verbindet.
• Bei anderen Merkmalen konfiguriert die Steuerung Zustände des Schalters auf der hohen Seite, des Schalters auf der niedrigen Seite und des Treiberschalters in (i) einen Modus aktiv und (ii) einen Modus passiv geöffnet und/oder einen Modus passiv geschlossen sowohl während einer Kalibrierung als auch während einer Messung des Kapazitätswertes.
• In dem Modus aktiv konfiguriert die Steuerung den Schalter auf der hohen Seite und den Schalter auf der niedrigen Seite in geöffnete Zustände und den Treiberschalter in einen geschlossenen Zustand.
• Während des Modus passiv geschlossen konfiguriert die Steuerung den Schalter auf der hohen Seite und den Treiberschalter in einen geöffneten Zustand und den Schalter auf der niedrigen Seite in einen geschlossenen Zustand. Während des Modus passiv geöffnet konfiguriert die Steuerung den Schalter auf der hohen Seite, den Treiberschalter und den Schalter auf der niedrigen Seite in geöffnete Zustände. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie in einem ersten Kalibrierungsmodus, einem zweiten Kalibrierungsmodus und einem Messmodus arbeitet. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie während des ersten Kalibrierungsmodus einen ersten Kapazitätswert bestimmt, der auf einer Kapazität des Kapazitätsmesssystems ohne die Heizung und die daran befestigte Kapazitätserfassungsschicht basiert.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie einmal in dem zweiten Kalibrierungsmodus und mehrmals in dem Messmodus arbeitet. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie einen Kalibrierungsmodus aktiv, einen Kalibrierungsmodus passiv geöffnet, einen Messmodus aktiv und einen Messmodus passiv geöffnet ausführt.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie in dem Kalibrierungsmodus aktiv einen ersten Kapazitätswert bestimmt; in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet einen zweiten Kapazitätswert bestimmt; und während der Kalibrierung auf der Grundlage des zweiten Kapazitätswertes in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet den Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie berechnet.
• Bei anderen Merkmalen ist der Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Kalibrierung (C_{sensor_Karosserie_0}) gleich 2*(C_{all_PO_0}-C_ECU), wobei C_{all_PO_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie einen Abschirmparameter auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv und der zweiten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet berechnet. Der Abschirmparameter P_s ist gleich (C_{all_PO_0}-C_ECU)/(C_{all_PO}_₀+C_{all_A_0}-2*C_ECU), wobei C_{all_A_0} der erste Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv ist, C_{all_PO_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie eine erste Kapazität in dem Messmodus aktiv bestimmt; eine zweite Kapazität in dem Messmodus passiv geöffnet bestimmt; und die Kapazität des Körperteils auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Messmodus aktiv und der ersten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv berechnet.
• Bei anderen Merkmalen ist die Kapazität des Körperteils gleich 2*(C_{all_A}-C_{all_A_0}), wobei C_{all_A_0} der erste Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv ist und C_{all_A} der erste Kapazitätswert in dem Messmodus aktiv ist. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie während der Messung den Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie auf der Grundlage des zweiten Kapazitätswertes in dem Messmodus passiv geöffnet berechnet; und einen Temperaturkompensationswert auf der Grundlage des Abschirmparameters, des Wertes einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Messung und des Wertes einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Kalibrierung berechnet.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie die Kapazität des Körperteils basierend auf dem Temperaturkompensationswert kompensiert. Der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Messung ist gleich 2*(C_{all_PO}-C_ECU), wobei C_{all_PO} der zweite Kapazitätswert in dem Messmodus passiv geöffnet ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
• Bei anderen Merkmalen ist der Temperaturkompensationswert (ΔC_res) gleich: $$\frac{1-{\text{P}}_{\text{S}}}{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}}\ast \left({\text{C}}_{\text{Sensor\_Karosserie}}-{\text{C}}_{\text{Sensor\_Karosserie\_0}}\right)$$

  

  wobei P_S der Abschirmparameter ist, C_{Sensor_Abschirmung} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Messung ist, und C_{Sensor_Abschirmung _0} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Kalibrierung ist. Die kompensierte Kapazität des Körperteils ist gleich einer Summe aus der Kapazität des Körperteils und einem Produkt aus dem Temperaturkompensationswert und einem Koeffizienten.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie periodisch einen Kalibrierungsmodus aktiv, einen Kalibrierungsmodus passiv geschlossen, einen Messmodus aktiv und einen Messmodus passiv geschlossen ausführt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie einen ersten Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv bestimmt; einen zweiten Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen bestimmt; einen Abschirmparameter auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv und der zweiten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen berechnet; und den Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung auf der Grundlage des Abschirmparameters und des zweiten Kapazitätswertes in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen berechnet.
• Bei anderen Merkmalen ist der Abschirmparameter (P_s) gleich (C_{all_PC_0}-C_{all_A_0})/( C_{all_PC_0}-C_ECU), wobei C_{all_A_0} der erste Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv ist, C_{al_PC_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist. Der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung ist gleich 2* P_S*(C_{all_PC_0}-C_ECU), wobei C_{all_PC_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen ist, P_S der Abschirmparameter ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie eine erste Kapazität in dem Messmodus aktiv bestimmt; eine zweite Kapazität in dem Messmodus passiv geschlossen bestimmt; und die Kapazität des Körperteils auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Messmodus aktiv und der zweiten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv berechnet.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie einen Kapazitätswert zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung auf der Grundlage des zweiten Kapazitätswertes in dem Messmodus passiv geschlossen und des Abschirmparameters berechnet; und einen Temperaturkompensationswert auf der Grundlage des Abschirmparameters, des Wertes der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung und des Wertes der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung berechnet.
• Bei anderen Merkmalen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie die Kapazität des Körperteils basierend auf dem Temperaturkompensationswert kompensiert.
• Bei anderen Merkmalen ist der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung gleich 2*P_S*(C_{all_PC}-C_ECU), wobei C_{all_PC} der zweite Kapazitätswert in dem Messmodus passiv geschlossen ist, P_S der Abschirmparameter ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist. Der Temperaturkompensationswert (ΔC_res) ist gleich: $$\frac{1-{\text{P}}_{\text{S}}}{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}}\ast \left({\text{C}}_{\text{Sensor\_}Abschirmung}-{\text{C}}_{\text{Sensor\_}Abschirmung\text{\_0}}\right)$$

  

  wobei P_S der Abschirmparameter ist, C_{Sensor_Abschirmung} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung ist, und C_{Sensor_Abschirmung_0} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung ist.
• Bei anderen Merkmalen ist die kompensierte Kapazität des Körperteils gleich der Summe aus der Kapazität des Körperteils und einem Produkt aus dem Temperaturkompensationswert und einem Koeffizienten. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie eine erste Kapazität in dem Messmodus aktiv bestimmt; eine zweite Kapazität in dem Messmodus passiv geschlossen bestimmt; und die Kapazität des Körperteils auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Messmodus aktiv, des Abschirmparameters und der zweiten Kapazität in dem Messmodus passiv geschlossen berechnet.
• Bei anderen Merkmalen wird die Kapazität des Körperteils ohne Temperaturkompensation kalibriert. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie die Kapazität des Körperteils berechnet basierend auf $$2\ast \frac{C_{all\_PC}\ast \left(P_s-1\right)-P_s\ast C_{ECU}+C_{all\_A}}{P_S}$$

  

  wobei C_{all_PC} die zweite Kapazität während des Messmodus passiv geschlossen ist, P_S der Abschirmparameter ist, C_{all_A} die erste Kapazität während des Messmodus aktiv ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
• Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen ergeben. Die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
• Figurenliste
• Die vorliegende Offenbarung wird anhand der detaillierten Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
• 1A eine Draufsicht und eine Teilquerschnittsansicht eines Beispiels für ein Lenkrad ist, das ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
• 1B eine Seitenansicht und eine Teilquerschnittsansicht eines Beispiels für einen Sitz ist, der ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
• 2A eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels für eine erste Schicht einer mehrschichtigen Heizung samt Sensor gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 2B eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels für eine zweite Schicht der mehrschichtigen Heizung samt Sensor gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 2C eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels für die mehrschichtige Heizung samt Sensor gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 2D eine Draufsicht ist, die ein Beispiel für eine Abschirmschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert;
• 2E eine Draufsicht ist, die ein Beispiel für eine Heizungsschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert;
• 3 eine seitliche Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine mehrschichtige Heizung samt Sensor ohne Abschirmschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 4A ein vereinfachter elektrischer Schaltplan eines Beispiels für ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 4B ein vereinfachter elektrischer Schaltplan eines weiteren Beispiels für ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 5A ein detaillierterer elektrischer Schaltplan eines Beispiels für ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 5B ein detaillierterer elektrischer Schaltplan eines weiteren Beispiels für ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 6 ein Zeitdiagramm ist, das ein Beispiel für zeitliches Multiplexen von Heizung und kapazitiver Erfassung veranschaulicht;
• 7 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Betrieb eines kapazitiven Sensor- und Heizungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
• 8 ein detaillierterer elektrischer Schaltplan eines weiteren Beispiels für ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 9A ein vereinfachter elektrischer Schaltplan eines Teils des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems in einem Modus aktiv gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 9B ein detaillierterer elektrischer Schaltplan des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems in dem Modus aktiv gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 10A ein vereinfachter elektrischer Schaltplan eines Teils des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems in einem Modus passiv geschlossen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 10B ein detaillierterer elektrischer Schaltplan des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems in dem Modus passiv geschlossen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 11A ein vereinfachter elektrischer Schaltplan eines Teils des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems in einem Modus passiv geöffnet gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 11B ein detaillierterer elektrischer Schaltplan des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems in dem Modus passiv geöffnet gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 12 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zur Kalibrierung des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 13 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zur Bestimmung eines ECU-Kapazitätswertes C_ECU gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 14 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zur Bestimmung von Kapazitätswerten während eines Modus passiv geöffnet und eines Modus aktiv gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 15 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zur Bestimmung von Kapazitätswerten während eines Modus passiv geschlossen und eines Modus aktiv gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
• 16 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zur Kapazitätsmessung ist.
• In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder identische Elemente zu bezeichnen.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Die vorstehende Offenbarung bezieht sich auf die Messung der Kapazität zur Bestimmung der An- oder Abwesenheit einer Hand oder eines anderen Körperteils eines Fahrzeuginsassen an einem Lenkrad eines Fahrzeugs oder eines Insassen auf einem Sitz, wobei festzustellen ist, dass sich die Offenbarung allgemeiner auf die Erkennung der An- oder Abwesenheit von Kontakt an anderen Stellen von Fahrzeugen und/oder in anderen nicht-fahrzeugbezogenen Umgebungen bezieht.
• Nun unter Bezugnahme auf 1A ist ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem 20 für ein Lenkrad 22 gezeigt. Das kapazitive Sensor- und Heizungssystem 20 umfasst eine Steuerung 24 des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems. In einigen Beispielen kann ein Schalter 28 von einem Fahrgast verwendet werden, um die Heizung des Lenkrads 22 zu betätigen. Nach der Erfassung der Kapazität (oder einer Resonanzfrequenz) kann die Steuerung des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems die Ergebnisse über einen Fahrzeugkommunikationsbus an eine oder mehrere andere Fahrzeugsteuerungen melden.
• Das Lenkrad 22 enthält eine mehrschichtige Heizung samt Sensor 42, die sich neben einem Lenkradstützabschnitt 40 befindet oder um diesen herumgewickelt ist. Die mehrschichtige Heizung samt Sensor 42 kann eine einzelne Heizzone oder mehrere Heizzonen definieren. Die Kapazitätserfassung kann auch in einer einzigen Erfassungszone oder mehreren Erfassungszonen durchgeführt werden. Die Steuerung 24 des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems steuert den Zeitablauf und die Stromversorgung beim Heizen. Die Steuerung 24 des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems steuert auch den Zeitablauf und die Messung der Kapazität während der Erfassung.
• Nun unter Bezugnahme auf 1B ist ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem 50 für einen Sitz 51 gezeigt. Der Sitz 51 umfasst einen Sitzabschnitt 52 und einen Rückenlehnenabschnitt 54. Das kapazitive Sensor- und Heizungssystem 50 umfasst eine Steuerung 58 des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems. In einigen Beispielen kann ein Schalter 62 von einem Fahrgast verwendet werden, um die Heizung des Sitzes 51 zu betätigen.
• In einigen Beispielen beinhalten der Schalter 28 (1A) und der Schalter 62 (1B) einen physikalischen Schalter oder Taster. In anderen Beispielen kann auf die Schalter 28 und 62 über einen Touchscreen zugegriffen werden, der mit einem Infotainmentsystem oder einer anderen Eingabevorrichtung verbunden ist. In noch anderen Beispielen werden die Schalter 28 und 62 automatisch in Verbindung mit einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem (HLK) betätigt (nicht abgebildet).
• Der Sitz 51 enthält eine mehrschichtige Heizung samt Sensor 64, die sich in dem Sitzabschnitt 52 befindet. Die mehrschichtige Heizung samt Sensor 64 kann eine einzelne Zone oder eine Vielzahl von Heiz- und/oder Erfassungszonen umfassen. Die Steuerung 58 des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems steuert den Zeitablauf und die Stromversorgung beim Heizen. Die Steuerung 58 des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems steuert auch die Messung der Kapazität während der Erfassung.
• Nun unter Bezugnahme auf 2A-3 werden verschiedene Beispiele für die mehrschichtige Heizung samt Sensor 42 gezeigt. In 2A ist eine erste Schicht 42-1 der mehrschichtigen Heizung samt Sensor 42 gezeigt. Die erste Schicht 42-1 umfasst ein Substrat 70 mit einer oberen Oberfläche 72 und einer unteren Oberfläche 74. Ein Sensor 80 ist auf der oberen Oberfläche 72 des Substrats 70 angeordnet. In einigen Beispielen enthält der Sensor 80 eine leitende Oberfläche oder einen Draht, der in einem vorbestimmten Muster auf der oberen Oberfläche 72 des Substrats 70 angeordnet ist.
• Eine Heizung 86 oder ein Heizelement und eine Heizungsabschirmung sind auf der unteren Oberfläche 74 des Substrats 70 angeordnet. Die Heizung 86 umfasst eine leitende Oberfläche, einen geflochtenen Draht, einen Heizdraht oder einen leitenden Faden, der in einem vorbestimmten Muster auf der unteren Oberfläche 74 des Substrats 70 angeordnet ist. Ein nicht leitender Faden 88 verbindet den Sensor 80 und die Heizung 86 physisch mit dem Substrat 70. Zum Beispiel geht der nichtleitende Faden 88 durch das Substrat 70 hindurch und ist an mehreren voneinander beabstandeten Stellen um Teile des Sensors 80 und der Heizung 86 herumgewickelt, um den Sensor 80 und die Heizung 86 an dem Substrat 70 zu befestigen. In einigen Beispielen enthält das Substrat 70 Schaumstoff, obwohl auch andere Materialien wie Gewebe oder Gewirke verwendet werden können. In einigen Beispielen enthält das Substrat 94 Schaumstoff, Filz, Gewebe oder Gewirke, obwohl auch andere Materialien verwendet werden können.
• In 2B ist eine zweite Schicht 42-2 der mehrschichtigen Heizung samt Sensor 42 dargestellt. Bei Verwendung umfasst die zweite Schicht 42-2 ein Substrat 94 und eine Abschirmschicht 96. In 2C sind die erste Schicht 42-1 und die zweite Schicht 42-2 der mehrschichtigen Heizung samt Sensor 42 nebeneinander und in Kontakt miteinander angeordnet. Eine oder mehrere zusätzliche Schichten 110 und 114 können angrenzend an die obere und untere Oberfläche der mehrschichtigen Heizung bzw. des Sensors 42 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine äußere Schicht 116, wie Leder, Stoff, Vinyl oder ein anderes Material, neben der einen oder den mehreren zusätzlichen Schichten 110 angeordnet sein. Bei Lenkradanwendungen kann ein Lenkradstützabschnitt 118 angrenzend an die eine oder die mehreren zusätzlichen Schichten 114 angeordnet sein.
• In 2D ist ein Beispiel für die Abschirmschicht 96 gezeigt, die gewebte oder verflochtene leitende Fäden 120 enthält, die zwischen Elektroden 124 auf einem Substrat 126 angeschlossen sind. In einigen Beispielen enthalten die leitenden Fäden 120 Kohlenstofffäden und die Elektroden 124 enthalten silberbeschichtete Kupferdrahtlitzen, obwohl auch andere Materialien verwendet werden können. Geeignete Beispiele für eine Abschirmschicht sind in U.S. Patent Nr. 7,838,804 gezeigt und beschrieben, das am 23. November 2010 erteilt wurde und hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
• In 2E ist ein Beispiel für die Heizung 86 gezeigt, die den Draht 128 enthält, der in einem vorbestimmten Muster auf einem Substrat 130 mit einem vorbestimmten Abstand zwischen benachbarten Drähten angeordnet ist.
• In 3 kann in einigen Beispielen die Abschirmschicht 96 und/oder das Substrat 94 weggelassen werden. Wenn die Heizung 86 Drähte enthält, die in einem Serpentinenmuster angeordnet sind, um eine Heizfläche auszufüllen, beeinflusst die Dichte oder der Abstand zu benachbarten Drähten die Fähigkeit der Heizung 86, während einer Kapazitätsmessung eine Abschirmung bereitzustellen. Wenn die Drähte innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu benachbarten Drähten angeordnet sind, kann die Heizung während einer Kapazitätsmessung als Abschirmschicht verwendet werden, und die Abschirmschicht 96 und/oder das Substrat 94 können weggelassen werden. Wenn in einigen Beispielen der vorgegebene Abstand kleiner oder gleich 4 mm ist, kann die Abschirmschicht 96 weggelassen werden. Wenn in anderen Beispielen der vorgegebene Abstand kleiner oder gleich 3 mm ist, kann die Abschirmschicht 96 weggelassen werden. In noch anderen Beispielen kann die Abschirmschicht 96 weggelassen werden, wenn der vorgegebene Abstand kleiner oder gleich 2 mm ist.
• Nun unter Bezugnahme auf 4A und 4B werden vereinfachte elektrische Schaltpläne von Beispielen für kapazitive Sensor- und Heizungssysteme gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In 4A enthält ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem 150 einen Sensor 152 und eine Heizung 154 wie oben beschrieben. Ein Heizungstreiber 158 liefert selektiv Strom von einer Spannungsquelle 160 an die Heizung 154, um die Temperatur des Lenkrads zu erhöhen. Wenn eine kapazitive Erfassung gewünscht ist, liefert der Heizungstreiber 158 keinen Strom an die Heizung 154.
• Eine Erregungsschaltung 170 gibt selektiv ein Erregungssignal (z.B. eine Rechteckwelle oder eine andere Wellenform) an einen LC-Schwingkreis 172 aus, der ebenfalls mit dem Sensor 152 verbunden ist. Das Erregungssignal wird über eine Treiberschaltung 180 auch an die Heizung 154 ausgegeben. Wenn sich die Hände eines Fahrgastes in der Nähe des Sensors 152 befinden, ändert sich die Kapazität der kombinierten Schaltung. Die Kapazitätsänderung wirkt sich wiederum auf eine Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises 172 aus. Die Treiberschaltung 180 liefert ein ähnliches Erregungssignal an die Heizung 154, um den Effekt von Streukapazitäten zwischen dem Sensor 152 und der Heizung 154 oder anderen geerdeten Strukturen in der Nähe zu eliminieren (da sie auf demselben Spannungspotential liegen).
• Eine Frequenzmessungsschaltung 178 misst die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises 172. Eine Steuerung 190 steuert den Zeitablauf und den Betrieb der Heizung und der Kapazitätserfassung, die durch den Heizungstreiber 158, die Erregungsschaltung 170 und die Frequenzmessungsschaltung 178 durchgeführt wird.
• In 4B ist optional eine Abschirmschicht 156, etwa eine leitende Oberfläche oder ein in einem vorbestimmten Muster angeordneter Draht, unter der Heizung 154 angeordnet (falls zur Abschirmung erforderlich), um die Auswirkungen von Streukapazitäten zwischen dem Sensor 152 und der Heizung 154 oder anderen geerdeten Strukturen in der Nähe weiter zu eliminieren.
• Nun mit Bezugnahme auf 5A und 5B werden detailliertere elektrische Schaltpläne für Beispiele von kapazitiven Sensor- und Heizungssystemen gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In 5A umfasst ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem 200 einen Sensor 220 und eine Heizung 222. Eine Heizungssteuerung 208 aktiviert und steuert den Schaltertreiber 210, der selektiv Steuersignale an einen Schalter 214 auf der hohen Seite (HS-Schalter bzw. High Side Schalter) und einen Schalter 216 auf der niedrigen Seite (LS-Schalter bzw. Low Side Schalter) liefert. Der HS-Schalter 214 enthält einen ersten Anschluss, der mit einer Fahrzeugbatterie oder einer anderen Stromquelle verbunden ist. Der HS-Schalter 214 enthält ferner einen zweiten Anschluss, der mit einem Ende der Heizung 222 verbunden ist.
• Der LS-Schalter 216 enthält einen ersten Anschluss, der mit einem entgegengesetzten Ende der Heizung 222 verbunden ist. Der LS-Schalter 216 enthält ferner einen zweiten Anschluss, der mit dem Bezugspotential verbunden ist. Die Steueranschlüsse des HS-Schalters 214 und des LS-Schalters 216 sind mit dem Schaltertreiber 210 verbunden. In einigen Beispielen liefert der Schaltertreiber 210 ein impulsbreitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) an den HS-Schalter 214 und den LS-Schalter 216 auf der Grundlage des Heizbedarfs, obwohl auch andere Modulationsarten verwendet werden können.
• Eine Erregungsschaltung 240 gibt ein Erregungssignal an einen LC-Schwingkreis 242 aus, der eine Induktivität L₀ und einen Kondensator C₀ enthält, die parallel zu der Erregungsschaltung 240 geschaltet sind. Erste Anschlüsse der Induktivität L₀ und des Kondensators C₀ sind mit einem ersten Knoten 245 verbunden, der auch mit dem Sensor 220 verbunden ist. In einigen Beispielen ist eine Kapazität C₁ zwischen den zweiten Anschlüssen der Induktivität L₀ und des Kondensators C₀ und einem Bezugspotential wie Masse angeschlossen Die Kapazität C₁ gewährleistet eine gleiche Lastkapazität für beide Knoten des LC-Schwingkreises 242. In einigen Fällen wird dieser Kondensator C₁ nicht benötigt und kann weggelassen werden.
• Eine Treiberschaltung 246 enthält einen ersten und einen zweiten Widerstand R₁ bzw. R₂, die zwischen dem ersten Knoten 245 und dem Bezugspotential in Reihe geschaltet sind. Ein nichtinvertierender Eingang eines Verstärkers 234 ist zwischen dem ersten Widerstand R₁ und dem zweiten Widerstand R₂ angeschlossen. Ein invertierender Eingang des Verstärkers 234 ist über einen dritten Widerstand R₃ mit dem Bezugspotential verbunden. Ein vierter Widerstand R₄ ist von einem Ausgang des Verstärkers 234 zu dem invertierenden Eingang des Verstärkers 234 angeschlossen.
• Der Ausgang des Verstärkers 234 ist über einen zweiten Kondensator C₂ mit dem entgegengesetzten Ende der Heizung 222 und mit einem fünften Widerstand R₃ gekoppelt, der ebenfalls mit dem Bezugspotential verbunden ist. Die Kapazität C₂ verbindet das Treibersignal mit der Heizung 222. Der Widerstand R₅ gewährleistet das Masse-Gleichspannungspotential während der Kapazitätserfassung.
• Während des Heizens des Lenkrads ist die kapazitive Erfassung inaktiv. Während der kapazitiven Erfassung trennen die HS- und LS-Schalter die Heizung 222 von der Stromversorgung. Während der kapazitiven Erfassung bilden die Kapazität des Sensors 220 sowie die Kapazitäten C₀ und C₁ und die Induktivität L₀ einen Parallel-LC-Schwingkreis. Die Erregungsschaltung 240 erzeugt das Erregungssignal, das den Parallel-LC-Schwingkreis bei einer Resonanzfrequenz schwingen lässt, die zum Teil durch die Kapazität des Sensors 220, C₀, C₁ und L₀ bestimmt wird. Die Resonanzfrequenz wird von der Frequenzmessungsschaltung 244 gemessen.
• Zum Beispiel kann die Resonanzfrequenz 253 KHz betragen, wenn die Hände des Fahrgasts nicht auf dem Lenkrad liegen. Die berechnete Kapazität beträgt 40pF. Dieser Wert kann als Referenz verwendet werden. Wenn sich die Hand oder die Hände des Fahrgasts am Lenkrad befinden, beträgt die Resonanzfrequenz 250 kHz und die berechnete Kapazität 45,6 pF. Das Delta von 5,6 pF entspricht den Händen am Lenkrad. In einigen Beispielen wird der Delta-Wert mit einem Delta-Schwellenwert verglichen. Zum Beispiel kann ein Delta-Schwellenwert von 4,5 pF verwendet werden.
• Um die Sensorkapazität zwischen dem Sensor 220 und der Heizung 222 zu verringern, wird das Messsignal mit Hilfe der Treiberschaltung 246 auch an die Heizung 222 angelegt. Die Steuerung 254 steuert den Schaltertreiber 210, die Erregungsschaltung 240 und die Frequenzmessungsschaltung 244. In einigen Beispielen sind die Steuerung, die Erregungsschaltung und die Frequenzmessungsschaltung mit einem FDC2214-Q1, einem FDC2114-Q1, einem FDC2212-Q1 oder einem FDC2112-Q1-Chip implementiert, die bei Texas Instruments, Inc. erhältlich sind.
• In 5B ist eine Abschirmschicht 224 neben der Heizung 222 angeordnet, um bei Bedarf eine zusätzliche Abschirmung zu gewährleisten. Die Treiberschaltung 246 ist ferner über eine dritte Kapazität C₃ mit der Abschirmschicht 224 verbunden. Die Treiberschaltung 246 gibt während der Erregung und/oder Frequenzmessung ein Signal an die Heizung 222 und die Abschirmschicht 224 aus, um Streukapazitäten zu neutralisieren.
• Nun mit Bezug auf 6 führt die Steuerung 254 das zeitliche Multiplexen der Freigabesignale für das Heizen und die kapazitive Erfassung durch. Die Steuerung führt das Heizen und die kapazitive Erfassung während einer Periode t durch. Die Periode t umfasst eine erste Teilperiode t₁, während der das Heizen durchgeführt wird, und eine zweite Teilperiode t₂, während der die kapazitive Erfassung durchgeführt wird. In einigen Beispielen ist die erste Teilperiode t₁ größer als die zweite Teilperiode t₂. In einigen Beispielen ist die erste Teilperiode t₁ größer oder gleich 85% t und die zweite Teilperiode t₂ ist kleiner oder gleich 15% t, obwohl auch andere Werte verwendet werden können.
• Unter Bezugnahme auf 7 ist nun ein Verfahren 300 für den Betrieb eines kapazitiven Sensor- und Heizungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Bei 310 bestimmt das Verfahren, ob das Fahrzeug eingeschaltet ist. In einigen Beispielen ist das Fahrzeug eingeschaltet, wenn ein Zündschalter oder ein anderer Schalter eingeschaltet ist, jedoch können auch andere Kriterien verwendet werden. Bei 314 bestimmt das Verfahren, ob die Heizung aktiviert ist. Wenn 314 wahr ist, werden bei 318 die HS- und LS-Schalter auf der Grundlage des Wärmebedarfs gesteuert, und das Verfahren wird bei 320 fortgesetzt.
• Bei 320 bestimmt das Verfahren, ob die kapazitive Erfassung aktiviert ist. Wenn 320 falsch ist, kehrt das Verfahren zu 310 zurück. Wenn 320 wahr ist, fährt das Verfahren bei 324 fort und öffnet die HS- und LS-Schalter (und schließt den in 8 gezeigten Treiberschalter). Bei 328 wird ein Erregungssignal an den LC-Schwingkreis und an die Heizung (oder an die Heizung und die Abschirmung, falls verwendet) ausgegeben. Bei 330 wird die Resonanzfrequenz gemessen. Bei 332 werden der HS- und der Treiberschalter geöffnet (und der LS-Schalter wird geschlossen oder geöffnet). Bei 334 wird die Resonanzfrequenz bestimmt.
• Bei 336 wird die Gesamtkapazität der Schaltung bestimmt. Bei 340 bestimmt entweder die Steuerung oder eine andere Fahrzeugsteuerung auf der Grundlage der berechneten Kapazitäts- oder Delta-Kapazitätswerte, ob sich die Hände des Fahrgasts am Rad befinden (oder ob sich der Fahrgast auf dem Sitz befindet). In einigen Beispielen kann die Resonanzfrequenz oder Delta-Frequenz verwendet werden, um festzustellen, ob sich die Hände des Fahrgasts am Lenkrad befinden oder nicht. Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz mit einem oder mehreren Frequenzschwellenwerten verglichen oder zur Indizierung einer Nachschlagetabelle verwendet werden.
• Nun unter Bezugnahme auf 8 ist ein kapazitives Sensor- und Heizungssystem 400 gezeigt, das 5A ähnlich ist. In einigen Beispielen werden der Sensor 220 und die Heizung 222 ohne Abschirmung verwendet. In anderen Beispielen wird eine separate Abschirmung wie die Abschirmung 224 in 5B verwendet. Ein Treiberschalter 410 enthält einen ersten Anschluss, der mit dem Kondensator C₂ verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit dem Widerstand R₅, dem LS-Schalter 216 und der Heizung 222 verbunden ist, die auch als Abschirmung dienen kann. Die Zustände des HS-Schalters 214, des LS-Schalters 216 und des Treiberschalters 410 werden so gesteuert, dass verschiedene Betriebsmodi bereitgestellt werden, darunter ein Heizmodus, Kalibrierungsmodi, ein Modus aktiv, ein Modus passiv geöffnet und/oder ein Modus passiv geschlossen, wie weiter unten beschrieben wird.
• In 9A und 9B ist ein Messmodus aktiv oder Modus aktiv angezeigt. In 9A ist gezeigt, dass die Schaltung die Kapazitäten C_Hand, C_{Sensor-Abschirmung} und C_{Sensor-Karosserie} enthält. In einigen Beispielen umfasst eine Messschaltung 430 den LC-Schwingkreis 242, die Erregungsschaltung 240, die Frequenzmessungsschaltung 244 und die Steuerungen 208 und 254. Die Kapazität C_Hand stellt die Kapazität zwischen dem Sensor 220 und nahegelegenen Körperteilen wie einer Hand, einem Gesäß oder einem anderen Körperteil eines Insassen dar. Die Kapazität C_{Sensor-Abschirmung} stellt die Kapazität zwischen dem Sensor 220 und der Heizung 222 dar. Die Kapazität C_{Sensor_} Karosserie stellt die Kapazität zwischen dem Sensor und der Fahrzeugkarosserie oder einem anderen Bezugspotential dar. In 9A und 9B werden in dem Modus aktiv der HS-Schalter 214 und der LS-Schalter 216 geöffnet und der Treiberschalter 410 geschlossen. Die Erregungsschaltung 240 erzeugt das Erregungssignal und die Resonanzfrequenz wird gemessen.
• In dem Modus aktiv wird das Messergebnis C_{all_A} genannt Die Kapazität C_Sensor-Abschirmung ist deutlich reduziert. Die Abschirmschicht verbirgt den Kondensator zwischen Sensor und Karosserie (C_Sensor- Karosserie). Der Modus aktiv wird verwendet, um Änderungen der Kapazität C_Hand aufgrund der Berührung des Lenkrads mit einer Hand oder der Kapazitäten anderer Körperteile zu messen. Die Kapazität C_Hand ist im Verhältnis zu C_Sensor- Karosserie und C_{Sensor-Abschirmung} hoch. Daher kann C_Hand erfasst werden. C_{all_A} wird zur Berechnung von C_Hand verwendet, wie weiter unten beschrieben wird.
• In 10A und 10B sind ein Messmodus passiv geschlossen oder ein Modus passiv geschlossen angezeigt. In dem Modus passiv geschlossen werden der HS-Schalter 214 und der Treiberschalter 410 geöffnet und der LS-Schalter 216 geschlossen. Die Erregungsschaltung 240 erzeugt das Erregungssignal und die Resonanzfrequenz wird gemessen.
• In dem Modus passiv geschlossen wird das Messergebnis C_{all_PC} genannt. Die Kapazität C_{all_PC} umfasst C_{Sensor-Abschirmung} und eine gewisse Kapazität aufgrund von C_Sensor- Karosserie (die in diesem Aufbau auch teilweise durch die Abschirmschicht verdeckt wird). Darüber hinaus enthält C_{all_PC} auch eine gewisse Kapazität aufgrund von C_Hand· Allerdings beeinflusst C_Hand die Messung aufgrund ihres niedrigeren Kapazitätswertes nicht wesentlich. C_{all_PC} wird zur Berechnung von Summenwerten von C_{Sensor-Abschirmung} und C_{Sensor-Karosserie} verwendet, wie weiter unten beschrieben wird.
• In 11A und 11B wird ein Modus passiv geöffnet angezeigt. In dem Modus passiv geöffnet sind der HS-Schalter 214, der Treiberschalter 410 und der LS-Schalter 216 geöffnet. Die Erregungsschaltung 240 erzeugt das Erregungssignal und die Resonanzfrequenz wird gemessen.
• In dem Modus passiv geöffnet wird das Messergebnis C_{all_PO} genannt. C_{all_PO} enthält den Wert des Kondensators zwischen Sensor und Karosserie (C_{Sensor-Karosserie}). Darüber hinaus enthält C_{all_PO} auch eine gewisse Kapazität aufgrund von C_Hand· C_Hand beeinflusst die Messung jedoch aufgrund ihres niedrigeren Kapazitätswertes nicht wesentlich. In einigen Beispielen wird c_{all_PO} zur Berechnung des Werts C_{Sensor-Karosserie} verwendet.
• In einigen Beispielen werden Kalibrierung und Messung in dem Modus aktiv und entweder in dem Modus passiv geöffnet oder in dem Modus passiv geschlossen durchgeführt. In einigen Beispielen werden Kalibrierung und Messung unter Verwendung des Modus aktiv und sowohl des Modus passiv geöffnet als auch des Modus passiv geschlossen durchgeführt.
• Unter Bezugnahme auf 12 ist nun ein Verfahren 600 zur Kalibrierung des kapazitiven Sensor- und Heizungssystems gezeigt. Bei 610 kalibriert das Verfahren die Kapazität C_ECU. In einigen Beispielen wird die Kalibrierung von C_ECU einmal durchgeführt. Bei 614 wird der Sensor durch Messung eines Satzes mit einem oder mehreren Kapazitätswerten (z.B. C_{all_A}, C_{all_PC} und/oder C_{all_PO}) unter Verwendung des Modus aktiv, des Modus passiv geöffnet und/oder des Modus passiv geschlossen ohne Körperteile oder andere Objekte, die in der Nähe der Sensorschicht angeordnet sind, kalibriert. Sobald die Kapazitätswerte kalibriert sind, werden ähnliche Messungen während der Erfassung verwendet, um die gleichen Werte und/oder andere Kapazitätswerte wie z.B. C_Hand bei 618 zu bestimmen. Die Werte C_ECU, C_{all_A}, C_{all_PC} und/oder C_{all_PO} werden zur Berechnung von C_Hand verwendet.
• Unter Bezugnahme auf 13 wird nun ein Verfahren 630 zur Bestimmung von C_ECU gezeigt. Bei 634 wird die Schaltung ohne einen Kabelbaum konfiguriert, an den der Sensor 220 und die Heizung 222 (und/oder die Abschirmung) angeschlossen sind. Bei 638 werden der HS-Schalter (geöffnet), der LS-Schalter (geöffnet) und der Treiberschalter (geschlossen) in einen Modus aktiv konfiguriert. Bei 642 wird das Erregungssignal erzeugt und die Resonanzfrequenz gemessen. Bei 646 wird die ECU-Kapazität C_ECU bestimmt. Der Wert von C_ECU umfasst C₀ und C₁ des LC-Schwingkreises 242 und die Streukapazität einer gedruckten Leiterplatte. In einigen Beispielen kann die Messung von C_ECU einmal vor dem Anschluss der ECU an das System durchgeführt werden. In anderen Beispielen kann der Wert von C_ECU als Kalibrierungskonstante für eine bestimmte Systemkonfiguration behandelt werden (z.B. einmal für eine Konfiguration kalibriert - entweder in jedem Fahrzeug oder in einem repräsentativen Fahrzeug) und im Speicher der Steuerung gespeichert werden, ohne dass eine fahrzeuginterne Kalibrierung von C_ECU durchgeführt wird.
• Nun mit Bezug auf 14 und 15 werden Verfahren zur Berechnung von Kapazitätswerten für die Sensorkalibrierung gezeigt. In 14 ist ein Verfahren 670 zur Bestimmung von Kapazitätswerten während eines Modus passiv geöffnet und eines Modus aktiv gezeigt. Bei 674 wird die Schaltung mit Heizung/Sensor angeschlossen konfiguriert. Bei 678 werden die Schalter in den Modus passiv geöffnet konfiguriert. Bei 682 wird das Erregungssignal erzeugt und die Resonanzfrequenz gemessen. Bei 686 wird die Kapazität C_{all_PO_0} gemessen. Bei 688 werden die Schalter in einen Modus aktiv konfiguriert. Bei 692 wird das Erregungssignal erzeugt und die Resonanzfrequenz gemessen. Bei 694 wird die Kapazität C_{all_A_0} gemessen.
• In 15 ist ein Verfahren 700 zur Bestimmung von Kapazitätswerten für die Sensorkalibrierung während eines Modus passiv geschlossen und eines Modus aktiv gezeigt. Das Verfahren ist ähnlich wie das oben in 14 gezeigte, außer dass die Schalter bei 710 in einen Modus passiv geschlossen konfiguriert werden und C_{all_PC_0} gemessen wird.
• Während der Kalibriermessungen in 14 und/oder 15 ist der Sensor mit der Steuerungseinheit verbunden, die Lenkradoberfläche wird nicht berührt, und es befinden sich keine Körperteile oder Gegenstände in der Nähe des Lenkrads. Die Messung umfasst die Messung aktiv und die Messung passiv (geöffnet oder geschlossen). Wenn die Messung passiv geöffnet während der Kalibrierung verwendet wird, wird sie später auch bei der Messung von C_Hand verwendet. Wenn alternativ die Messung passiv geschlossen während der Kalibrierung verwendet wird, wird sie später auch bei der Messung von C_Hand verwendet. Die Messergebnisse umfassen C_{all_A_0} und C_{all-PO_0} oder C_{all_PC_0}, je nach Art der passiven Kalibrierung und Messung.
• Wenn der Modus passiv geöffnet verwendet wird, werden die folgenden Berechnungen durchgeführt: $$C_{Sensor\_K\ddot{o}rper\_0}=2\ast \left({\text{C}}_{\text{all\_PO\_0}}-{\text{C}}_{\text{ECU}}\right)$$

  

  und $${\text{P}}_{\text{s}}=\frac{{\text{C}}_{\text{all\_PO\_0}}{\text{- C}}_{\text{ECU}}}{{\text{C}}_{\text{all\_PO\_0}}{\text{+C}}_{\text{alle\_A\_0}}{\text{- 2*}}_{\text{ECU}}}$$

  
• Dabei ist P_S (oder P_Abschirmung) ein Abschirmparameter, der weiter unten beschrieben wird.
• Wenn der Modus passiv geschlossen verwendet wird, werden die folgenden Berechnungen durchgeführt: $$C_{Sensor\_Abschirmung\_0}=2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast \left({\text{C}}_{\text{all\_PC\_0}}-{\text{C}}_{\text{ECU}}\right)$$

  

  und $${\text{P}}_{\text{s}}=\frac{{\text{C}}_{\text{all\_PC\_0}}-{\text{ C}}_{\text{all\_A\_0}}}{{\text{C}}_{{\text{all\_PC\_0- C}}_{\text{ECU}}}}$$

  
• Die Berechnungen werden bei der Kapazitätsmessung C_Hand verwendet, wie weiter unten beschrieben wird.
• Unter Bezugnahme auf 16 wird nun ein Verfahren 800 für den Betrieb eines kapazitiven Sensor- und Heizungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Bei 810 bestimmt das Verfahren, ob das Fahrzeug eingeschaltet ist. In einigen Beispielen ist das Fahrzeug eingeschaltet, wenn ein Zündschalter oder ein anderer Schalter eingeschaltet ist, jedoch können auch andere Kriterien verwendet werden. Bei 814 bestimmt das Verfahren, ob die Heizung aktiviert ist. Wenn 814 wahr ist, werden bei 818 HS- und LS-Schalter auf der Grundlage des Wärmebedarfs gesteuert, und das Verfahren wird bei 820 fortgesetzt.
• Bei 820 bestimmt das Verfahren, ob die kapazitive Erfassung aktiviert ist. Wenn 820 falsch ist, kehrt das Verfahren zu 810 zurück. Wenn 820 wahr ist, wird das Verfahren bei 824 fortgesetzt, und die Schalter werden in den Modus aktiv konfiguriert. Bei 828 wird das Erregungssignal ausgegeben. Bei 832 wird die Resonanzfrequenz gemessen. Eine zusätzliche Verarbeitung kann optional durchgeführt werden. Bei 836 werden die Schalter in einen Modus passiv geöffnet oder in einen Modus passiv geschlossen konfiguriert. Bei 840 wird ein Erregungssignal ausgegeben. Bei 844 wird die Resonanzfrequenz gemessen.
• Bei 848 wird eine Kapazität gemessen. Bei 850 bestimmt das Verfahren anhand der gemessenen Kapazitäten, ob sich ein Objekt wie z.B. eine Hand in der Nähe des Lenkrads befindet oder nicht. In einigen Beispielen werden Berechnungen mit den gemessenen Kapazitäten durchgeführt, um C_Hand zu bestimmen, und C_Hand wird mit einem Schwellenwert verglichen.
• Die Kapazität eines Körperteils oder Objekts (wie z.B. C_Hand) kann unter Verwendung des Modus aktiv und des Modus passiv berechnet werden. Der momentane Wert von C_Hand wird aus den momentanen aktiven Messergebnissen C_{all_A} und C_all-PO oder C_{all_PC} und aus den entsprechenden Kalibrierungsergebnissen C_{all_A_0} und C_{all-PO_0} oder C_{all_PC_0}, wie oben beschrieben, abgeleitet.
• Wie weiter unten beschrieben wird, gibt es mindestens zwei Ansätze zur Berechnung von C_Hand· In einem ersten Ansatz während der Sensorkalibrierung: $${\text{C}}_{\text{Hand}}=2\ast \left({\text{C}}_{\text{all\_A}}-{\text{C}}_{\text{all}}{}_{\_\text{A}\_0}\right)$$

  
• Der Wert von C_Hand ist Null, wenn sich kein Objekt in der Nähe der Lenkradoberfläche befindet. Wenn das Lenkrad berührt wird, schließt der tatsächliche Wert von C_{all_A} den zusätzlichen Kapazitätswert von C_Hand ein (während C_{all_A_0} dies nicht tut). Daher kann Gleichung (5) verwendet werden, um den Wert von C_Hand zu bestimmen. Sobald der Wert von C_Hand bestimmt ist, kann er mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Wenn C_Hand größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird ein „hands-on“-Zustand (Hände am Lenkrad) gemeldet.
• In einigen Beispielen wird der Wert von C_Hand für die durch Temperaturänderungen im Lenkradsensor verursachte Verschiebung kompensiert. Wenn die Kalibrierung mit dem Modus passiv geöffnet durchgeführt wurde, dann: $${\text{C}}_{\text{Sensor\_Karosserie}}=2\ast \left({\text{C}}_{\text{all\_PO}}{\text{- C}}_{\text{ECU}}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }{\text{C}}_{\text{res}}=\frac{1-P_S}{2\ast P_S}\ast \left({\text{C}}_{\text{Sensor\_Karosserie}}{\text{- C}}_{\text{Sensor\_Karosserie\_0}}\right)$$

  
• Der Wert von C_{Sensor_}Karosserie_{_0} wurde zuvor während des Lenkradkalibrierungsschritts durch den Aufbau der Messung passiv geöffnet bestimmt.
• Wenn die Kalibrierung mit dem Modus passiv geschlossen durchgeführt wurde: $$C_{Sensor\_Abschirmung}=2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast \left({\text{C}}_{\text{all\_PC}}{\text{- C}}_{\text{ECU}}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }{\text{C}}_{\text{res}}=\frac{1-{\text{P}}_{\text{S}}}{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}}\ast \left({\text{C}}_{\text{Sensor\_Abschirmung}}{\text{- C}}_{\text{Sensor\_Abschirmung\_0}}\right)$$

  
• Der Wert von C_{Sensor_Abschirmung _0} wurde während des Lenkradkalibrierungsschritts durch den Aufbau der Messung passiv geschlossen bestimmt.
• Um die Kompensation in die Berechnung einzubeziehen, kann der Wert von C_Hand durch ΔC_res und einen Abstimmungskoeffizienten K, der die Kompensation für einen bestimmten Lenkradsensor abstimmt, geändert werden: $${\text{C}}_{\text{Hand\_kompensiert}}={\text{C}}_{\text{Hand}}+\text{K}\ast \mathrm{\Delta }{\text{C}}_{\text{res}}$$

  
• In einem zweiten Ansatz werden zwei Gleichungen aufgestellt, die auf dem Modus aktiv und dem Modus passiv geschlossen basieren. Es gibt drei unbekannte Kapazitätswerte, die C_Hand, C_{Sensor-Abschirmung} und C_{Sensor-Karosserie} umfassen, so dass eine dritte Messung durchgeführt wird. Die dritte Messung kann die Bestimmung eines Verhältnisses zwischen den beiden Kondensatoren in dem Lenkradsensor (C_{Sensor-Abschirmung} und C_{Sensor-Karosserie}) während der Kalibrierungsphase sein. Das Verhältnis (als Abschirmparameter P_S oder P_Abschirmung bezeichnet) ist ein konstanter Wert, der von dem Abschirmmaterial und den physikalischen Abmessungen der Radsensorschichten abhängt.
• In einigen Beispielen ist der Abschirmparameter P_s so definiert, dass eine ideale Abschirmung einen Wert für P_Abschirmung von 1 hat (P_Abschirmung = 1). $${\text{P}}_{\text{Abschirmung}}=\frac{{\text{C}}_{\text{Sensor-Abschirmung}}}{{\text{C}}_{\text{Sensor-Abschirmung}}{\text{+C}}_{\text{Sensor-Karosserie}}}$$

  
• Wenn P_Abschirmung gleich 1 ist, dann: $$C_{Sensor-Karosserie}=0$$

  
• Mit anderen Worten, wenn P_Abschirmung = 1, bedeckt die Abschirmschicht den geerdeten Metallkörper des Lenkrads vollständig, und es gibt keine Kapazität zwischen dem Sensor und dem geerdeten Körper bei der Messung im Modus aktiv.
• Die Berechnung von P_Abschirmung (oder P_S) aus den Ergebnissen des Modus aktiv und des Modus passiv während der Kalibrierung ist oben dargestellt. Bei diesem Ansatz wird nachstehend die Berechnung für P_Abschirmung (oder P_S) verwendet, nicht jedoch die Berechnung für C_{Sensor-Karosserie _0}.
• Der Wert von C_{Sensor-Karosserie} kann aus Gleichung (11) als Funktion von C_{Sensor-Abschirmung} und P_Abschirmung wie folgt ausgedrückt werden: $$C_{\text{Sensor}-K\ddot{o}rper}=C_{\text{Sensor}-Abschirmung}\ast \frac{1-P_{Abschirmung}}{P_{Abschirmung}}$$

  
• Jetzt gibt es nur noch zwei unbekannte Variablen (C_{Sensor-Abschirmung} und C_Hand) und zwei Gleichungen. Durch Auflösen nach C_Hand unmittelbar nach jeder Doppelmessung kann der tatsächliche Wert von C_Hand wie folgt berechnet werden: $${\text{C}}_{\text{all\_A}}={\text{C}}_{\text{ECU}}+{\text{C}}_{\text{Sensor-Abschirmung}}\ast \frac{1-{\text{P}}_{\text{S}}}{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}}+\frac{1}{2}\ast {\text{C}}_{\text{Hand}}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{all\_PC}}{\text{=C}}_{\text{ECU}}{\text{+C}}_{\text{Sensor-Abschirmung}}\ast \frac{1}{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}}+\frac{1}{2}\ast {\text{ C}}_{\text{Hand}}$$

  
• Zur Auflösung nach C_Hand unter Verwendung von (13) und (14) werden beide Gleichungen neu geordnet, um C_{Sensor_Abschirmung} zu isolieren. $${\text{C}}_{\text{Sensor-}Abschirmung}=\frac{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast C_{\text{all}\_\text{A}}-2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast {\text{C}}_{\text{ECU}}-{\text{P}}_{\text{S}}\ast {\text{C}}_{\text{Hand}}}{1-{\text{P}}_{\text{S}}}$$

  

  $$C_{\text{Sensor}-Abschirmung}=2\ast {\text{P}}_{\text{s}}\ast {\text{C}}_{\text{all\_PC}}-2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast {\text{C}}_{\text{E}}-{\text{P}}_{\text{S}}\ast {\text{C}}_{\text{Hand}}$$

  
• C_{Sensor-Abschirmung} kann dann eliminiert werden, indem die beiden Gleichungen wie unten gezeigt gleichgesetzt werden: $$\frac{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast C_{\text{all}\_\text{A}}-2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast {\text{C}}_{\text{ECU}}-{\text{P}}_{\text{S}}\ast {\text{C}}_{\text{Hand}}}{1-{\text{P}}_{\text{S}}}=2\ast {\text{P}}_{\text{s}}\ast {\text{C}}_{\text{all\_PC}}-2\ast {\text{P}}_{\text{S}}\ast {\text{C}}_{\text{E}}\ast {\text{C}}_{\text{Hand}}$$

  
• Aus dieser Gleichung kann für C_Hand eine Lösung gefunden werden: $${\text{C}}_{\text{Hand}}=2\ast \frac{{\text{C}}_{\text{all\_PC}}\ast \left({\text{P}}_{\text{s}}-1\right)-{\text{P}}_{\text{s}}\ast {\text{C}}_{\text{ECU}}+{\text{C}}_{\text{all\_A}}}{{\text{P}}_{\text{S}}}$$

  
• Diese Berechnung stützt sich auf den tatsächlichen Wert von C_{Sensor-Abschirmung}. Daher besteht keine Notwendigkeit für eine weitere Kompensation, und bei dieser Lösung gibt es bei einem bestimmten Wert von C_Hand keine Signalreduzierung.
• Die vorstehende Beschreibung hat lediglich illustrativen Charakter und ist in keiner Weise dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einzuschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Daher soll der wahre Umfang der Offenbarung, auch wenn diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, nicht so eingeschränkt sein, da andere Änderungen nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Es ist zu verstehen, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Ferner können, obwohl jede der vorstehenden Ausführungsformen als mit bestimmten Merkmalen versehen beschrieben ist, ein oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit Merkmalen einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
• Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) sind mit verschiedenen Begriffen beschrieben, darunter „verbunden“, „belegt“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „über“, „oberhalb“, „unterhalb“ und „angeordnet“. Wenn eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der vorstehenden Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben wird, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, aber auch eine indirekte Beziehung, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Bei Verwendung hierin soll der Ausdruck „mindestens eines von A, B und C“ so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen ODER bedeutet, und soll nicht so ausgelegt werden, dass er „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
• In den Abbildungen veranschaulicht die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angezeigt wird, im Allgemeinen den Informationsfluss (z.B. Daten oder Anweisungen), der für die Abbildung von Interesse ist. Wenn z.B. Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, aber die von Element A nach Element B übertragenen Informationen für die Veranschaulichung von Bedeutung sind, kann der Pfeil von Element A nach Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil bedeutet nicht, dass keine anderen Informationen von Element B nach Element A übertragen werden. Ferner kann Element B für Informationen, die von Element A an Element B gesendet werden, Anforderungen nach den oder Empfangsbestätigungen für die Informationen an Element A senden.
• In dieser Anmeldung, einschließlich der nachstehenden Definitionen, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. „Der Begriff „Modul“ kann sich beziehen auf, ein Teil sein von oder beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein im Feld programmierbares Gate-Array (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe), die den von der Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller der oben genannten Komponenten, z.B. in einem System-on-Chip.
• Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen umfassen, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetzwerk (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind.
• Die Funktionalität eines bestimmten Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt sein, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (auch als Remote- oder Cloud-Modul bekannt) einige Funktionen im Namen eines Client-Moduls ausführen.
• Der Begriff Code, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einen Teil oder den gesamten Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Verweise auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Chips, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzelnen Chip, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination der oben genannten. Der Begriff Shared Memory-Schaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen Teil oder den gesamten Code von einem oder mehreren Modulen speichert.
• Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hier verwendet wird, umfasst nicht vorübergehende elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich durch ein Medium (z.B. auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff computerlesbares Medium kann daher als konkret und nicht vorübergehend angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht vorübergehendes, konkretes, computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Nur-Lese-Maskenspeicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie eine statische Speicherschaltung mit wahlfreiem Zugriff oder eine dynamische Speicherschaltung mit wahlfreiem Zugriff), magnetische Speichermedien (wie ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (wie eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
• Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Computer für besondere Zwecke implementiert werden, der durch die Konfiguration eines Computers für allgemeine Zwecke zur Ausführung einer oder mehrerer spezieller Funktionen, die in Computerprogrammen ausgeführt sind, geschaffen wurde. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagrammkomponenten und andere Elemente dienen als Softwarebeschreibungen, die durch die Routinearbeit eines qualifizierten Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
• Die Computerprogramme enthalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nicht vorübergehenden, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten oder sich auf diese stützen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Ein-/Ausgabesystem (BIOS), das mit der Hardware des Computers für besondere Zwecke interagiert, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Computers für besondere Zwecke interagieren, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
• Zu den Computerprogrammen können gehören: (i) Beschreibungstext, der analysiert werden soll, wie z.B. HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) Assemblercode, (iii) Objektcode, der von einem Compiler aus Quellcode generiert wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-Time-Compiler, usw. Nur als Beispiele: Quellcode kann mit der Syntax von Sprachen wie C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5. Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext-Präprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben werden.
• Keines der in den Ansprüchen zitierten Elemente soll ein „means-plus-function“-Element im Sinne von 35 U.S.C. §112(f) sein, es sei denn, ein Element wird ausdrücklich unter Verwendung der Phrase „Mittel für“ oder im Falle eines Verfahrensanspruchs unter Verwendung der Phrasen „Operation für“ oder „Schritt für“ zitiert.
• 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 Patentliteratur
• US 62621323 [0001]
• US 7838804 [0042]

Claims (48)

1. Kapazitätsmesssystem zum Erfassen eines Fahrzeuginsassen, umfassend: eine Sensor/Heizungs-Anordnung, die in einem Sitz und/oder einem Lenkrad eines Fahrzeugs angeordnet ist und umfasst: einen Sensor; und eine neben dem Sensor angeordnete Heizung; und eine Messschaltung, die konfiguriert ist, um: ein Erregungssignal an die Messschaltung und die Sensor/Heizungs-Anordnung auszugeben; eine Resonanzfrequenz der Messschaltung und der Sensor/Heizungs-Anordnung als Reaktion auf das Erregungssignal zu messen; mindestens einen Kapazitätswert auf der Grundlage der Resonanzfrequenz zu bestimmen; und basierend auf dem mindestens einen Kapazitätswert zu bestimmen, ob sich ein Körperteil in der Nähe des Sensors befindet.
2. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 1, wobei: die Sensor/Heizungs-Anordnung ein Substrat enthält; der Sensor auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist; und die Heizung auf einer entgegengesetzten Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
3. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 2, wobei das Substrat ein Material umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Schaumstoff, Filz, Gewebe und Gewirke besteht.
4. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 2, wobei der Sensor einen ersten Draht umfasst, der in einem ersten vorbestimmten Muster auf der einen Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
5. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 4, wobei die Heizung einen zweiten Draht umfasst, der in einem zweiten vorbestimmten Muster auf der entgegengesetzten Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
6. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 5, wobei der zweite Draht in dem zweiten vorbestimmten Muster einen Abstand mit einer maximalen Distanz von kleiner oder gleich 4 mm aufweist.
7. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 6, wobei die maximale Distanz kleiner oder gleich 3 mm ist.
8. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 6, wobei die maximale Distanz kleiner oder gleich 2 mm ist.
9. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 5, das ferner einen nichtleitenden Faden umfasst, der den Sensor und/oder die Heizung an dem Substrat befestigt.
10. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 1, wobei die Messschaltung umfasst: einen LC-Schwingkreis; eine Erregungsschaltung, die mit dem LC-Schwingkreis kommuniziert und so konfiguriert ist, dass sie das Erregungssignal erzeugt, das an den LC-Schwingkreis ausgegeben wird; eine Frequenzmessungsschaltung, die mit dem LC-Schwingkreis in Verbindung steht und so konfiguriert ist, dass sie die Resonanzfrequenz als Reaktion auf das Erregungssignal misst; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um: das Erregungssignal auszulösen; die Resonanzfrequenz zu empfangen; den Kapazitätswert auf der Grundlage der Resonanzfrequenz zu bestimmen; und basierend auf dem Kapazitätswert zu bestimmen, ob sich das Körperteil in der Nähe des Sensors befindet.
11. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 10, weiter umfassend: eine Treiberschaltung, die zwischen dem LC-Schwingkreis und der Heizung angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie die Heizung als Reaktion auf das Erregungssignal ansteuert.
12. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 11, das ferner eine neben der Heizung angeordnete Abschirmschicht umfasst.
13. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 12, wobei die Abschirmschicht durch einen Kondensator mit der Heizung und der Treiberschaltung verbunden ist.
14. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor und die Heizung um ein Lenkrad herum angeordnet sind.
15. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor und die Heizung in einer Fahrzeugsitzanordnung angeordnet sind.
16. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 11, wobei die Messschaltung umfasst: eine Treiberschaltung mit: einem Schalter auf der hohen Seite, der so konfiguriert ist, dass er ein Ende der Heizung selektiv mit einer Spannungsreferenz verbindet; und einem Schalter auf der niedrigen Seite, der so konfiguriert ist, dass er ein anderes Ende der Heizung selektiv mit einem Referenzpotential verbindet; und einem Treiberschalter, der so konfiguriert ist, dass er die Treiberschaltung selektiv mit der Heizung verbindet.
17. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 16, wobei die Steuerung die Zustände des Schalters auf der hohen Seite, des Schalters auf der niedrigen Seite und des Treiberschalters in (i) einen Modus aktiv und (ii) einen Modus passiv geöffnet und/oder einen Modus passiv geschlossen während sowohl der Kalibrierung als auch der Messung des Kapazitätswertes konfiguriert.
18. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 17, wobei die Steuerung während des Modus aktiv den Schalter auf der hohen Seite und den Schalter auf der niedrigen Seite in offene Zustände und den Treiberschalter in einen geschlossenen Zustand konfiguriert.
19. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 17, wobei die Steuerung während des Modus passiv geschlossen den Schalter auf der hohen Seite und den Treiberschalter in einen geöffneten Zustand und den Schalter auf der niedrigen Seite in einen geschlossenen Zustand konfiguriert.
20. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 17, wobei die Steuerung während des Modus passiv geöffnet den Schalter auf der hohen Seite, den Treiberschalter und den Schalter auf der niedrigen Seite in geöffnete Zustände konfiguriert.
21. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 11, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie in einem ersten Kalibrierungsmodus, einem zweiten Kalibrierungsmodus und einem Messmodus arbeitet.
22. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 21, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie während des ersten Kalibrierungsmodus einen ersten Kapazitätswert auf der Grundlage einer Kapazität des Kapazitätsmesssystems ohne die Heizung und die daran befestigte Kapazitätserfassungsschicht bestimmt.
23. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 21, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie einmal in dem zweiten Kalibrierungsmodus und mehrmals in dem Messmodus arbeitet.
24. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 11, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie einen Kalibrierungsmodus aktiv, einen Kalibrierungsmodus passiv geöffnet, einen Messmodus aktiv und einen Messmodus passiv geöffnet durchführt.
25. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 24, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: einen ersten Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv zu bestimmen; einen zweiten Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet zu bestimmen; und den Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Kalibrierung basierend auf dem zweiten Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet zu berechnen.
26. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 25, wobei der Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Kalibrierung (C_{Sensor_Karosserie _0}) gleich 2*(C_{all_PO_0}-C_ECU) ist, wobei C_{all-PO_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
27. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 25, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie einen Abschirmparameter auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv und der zweiten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet berechnet.
28. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 27, wobei der Abschirmparameter P_s gleich (C_{all_PO_0_CECU})/(C_{all_PO_0+Call_A_0}-2*C_ECU) ist, wobei C_{all_A_0} der erste Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv ist, C_{all_PO_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geöffnet ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
29. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 27, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: eine erste Kapazität in dem Messmodus aktiv zu bestimmen; eine zweite Kapazität in dem Messmodus passiv geöffnet zu bestimmen; und die Kapazität des Körperteils auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Messmodus aktiv und der ersten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv zu berechnen.
30. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 29, wobei die Kapazität des Körperteils gleich 2*(C_{all_A}-C_{all_A_0}) ist, wobei C_{all_A_0} der erste Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv ist und C_{all_A} der erste Kapazitätswert in dem Messmodus aktiv ist.
31. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 30, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: den Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Messung basierend auf dem zweiten Kapazitätswert in dem Messmodus passiv geöffnet zu berechnen; und einen Temperaturkompensationswert auf der Grundlage des Abschirmparameters, des Wertes der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Messung und des Wertes der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Kalibrierung zu berechnen.
32. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 31, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Kapazität des Körperteils auf der Grundlage des Temperaturkompensationswertes kompensiert.
33. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 32, wobei der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Messung gleich 2*(C_{all_PO}-C_ECU) ist, wobei C_{all_PO} der zweite Kapazitätswert in dem Messmodus passiv geöffnet ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
34. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 33, wobei der Temperaturkompensationswert (ΔC_res) gleich ist: $$\frac{1-{\text{P}}_{\text{S}}}{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}}\ast \left({\text{C}}_{\text{Sensor\_Karosserie}}-{\text{C}}_{\text{Sensor\_Karosserie\_0}}\right)$$

    

    wobei P_S der Abschirmparameter ist, C_{Sensor_Abschirmung} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Messung ist, und C_{Sensor_Abschirmung_0} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Karosserie während der Kalibrierung ist.
35. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 32, wobei die kompensierte Kapazität des Körperteils gleich einer Summe aus der Kapazität des Körperteils und einem Produkt aus dem Temperaturkompensationswert und einem Koeffizienten ist.
36. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 11, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie periodisch einen Kalibrierungsmodus aktiv, einen Kalibrierungsmodus passiv geschlossen, einen Messmodus aktiv und einen Messmodus passiv geschlossen durchführt.
37. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 36, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: einen ersten Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv zu bestimmen; einen zweiten Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen zu bestimmen; einen Abschirmparameter auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv und der zweiten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen zu berechnen; und einen Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung auf der Grundlage des Abschirmparameters und des zweiten Kapazitätswertes in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen zu berechnen.
38. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 37, wobei der Abschirmparameter (P_s) gleich (C_{all_PC_0}-C_{all_A_0})/(C_{all_PC_0}-C_ECU) ist, wobei C_{all_A_0} der erste Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus aktiv ist, C_{all_PC_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
39. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 37, wobei der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung gleich 2* P_S*(C_{all_PC_0}-C_ECU) ist, wobei C_{all_PC_0} der zweite Kapazitätswert in dem Kalibrierungsmodus passiv geschlossen ist, P_S der Abschirmparameter ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
40. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 37, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: eine erste Kapazität in dem Messmodus aktiv zu bestimmen; eine zweite Kapazität in dem Messmodus passiv geschlossen zu bestimmen; und die Kapazität des Körperteils auf der Grundlage der ersten Kapazität in dem Messmodus aktiv und der zweiten Kapazität in dem Kalibrierungsmodus aktiv zu berechnen.
41. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 40, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: den Wert einer Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung auf der Grundlage des zweiten Kapazitätswertes in dem Messmodus passiv geschlossen und des Abschirmparameters zu berechnen; und einen Temperaturkompensationswert basierend auf dem Abschirmparameter, dem Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung und dem Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung zu berechnen.
42. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 41, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Kapazität des Körperteils auf der Grundlage des Temperaturkompensationswertes kompensiert.
43. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 42, wobei der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung gleich 2*P_S*(C_{all_PC}-C_ECU) ist, wobei C_{all_PC} der zweite Kapazitätswert in dem Messmodus passiv geschlossen ist, P_S der Abschirmparameter ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.
44. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 42, wobei der Temperaturkompensationswert (ΔC_res) gleich ist: $$\frac{1-{\text{P}}_{\text{S}}}{2\ast {\text{P}}_{\text{S}}}\ast \left({\text{C}}_{\text{Sensor\_Abschirmung}}-{\text{C}}_{\text{Sensor\_Abschirmung\_0}}\right)$$

    

    wobei P_S der Abschirmparameter ist, C_{Sensor_Abschirmung} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Messung ist, und C_{Sensor_Abschirmung_0} der Wert der Kapazität zwischen Sensor und Abschirmung während der Kalibrierung ist.
45. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 41, wobei die kompensierte Kapazität des Körperteils gleich einer Summe aus der Kapazität des Körperteils und einem Produkt aus dem Temperaturkompensationswert und einem Koeffizienten ist.
46. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 37, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: eine erste Kapazität in dem Messmodus aktiv zu bestimmen; eine zweite Kapazität in dem Messmodus passiv geschlossen zu bestimmen; und die Kapazität des Körperteils basierend auf der ersten Kapazität in dem Messmodus aktiv, dem Abschirmparameter, und der zweiten Kapazität in dem Messmodus passiv geschlossen zu berechnen.
47. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 46, wobei die Kapazität des Körperteils ohne Temperaturkompensation kalibriert wird.
48. Kapazitätsmesssystem nach Anspruch 46, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Kapazität des Körperteils berechnet, basierend auf $$2\ast \frac{C_{all\_PC}\ast \left(P_s-1\right)-P_s\ast C_{ECU}+C_{all\_A}}{P_S}$$

    

    wobei C_{all_PC} die zweite Kapazität während des Messmodus passiv geschlossen ist, P_S der Abschirmparameter ist, C_{all_A} die erste Kapazität während des Messmodus aktiv ist und C_ECU eine kalibrierte Kapazität ist.

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