DE112021001874T5

DE112021001874T5 - TDR-basiertes System und Verfahren zur Handerkennung auf einem Lenkrad unter Ausschaltung von Alterungs- und Umwelteffekten

Info

Publication number: DE112021001874T5
Application number: DE112021001874.4T
Authority: DE
Inventors: Baptiste Anti; Laurent Lamesch; Thomas Faber; Thomas Stifter; Michael Pütz; Andreas Fox
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2023-02-02
Also published as: CN115515825A; US20230347964A1; WO2021191397A1; LU101716B1

Abstract

Ein Verfahren zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad (38) durch Bedienen eines Abtastsystems (10), einschließend mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung (12), die auf einem Kranz des Lenkrads (38) mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand irgendeines Abschnitts der mindestens einen Signalleitung (12) von einem Referenzpunkt (30) und Informationen über eine Position auf dem Kranz (40) angeordnet werden kann, und welche eine elektrische Impedanzänderung (28) von vorbestimmter Größe umfasst, die dauerhaft an einer vorbestimmten Position entlang der mindestens einen Signalleitung angeordnet ist, eine Signalspannungsquelle (26) und eine Steuer- und Auswerteeinheit (28). Anhand eines empfangenen Messsignals, das entlang der Signalleitung (12) läuft und von der mindestens einen elektrischen Impedanzänderung (28) und von einem anderen Abschnitt oder anderen Abschnitten der Signalleitung (12) reflektiert worden ist, wird eine Referenzlaufzeit bestimmt. Basierend auf der bestimmten Referenzlaufzeit und der apriorisch bekannten Beziehung wird oder werden eine Position oder Positionen auf dem Kranz (46) des anderen Abschnitts oder der anderen Abschnitte der Signalleitung (12), der oder die das Messignal teilweise reflektiert hat oder haben, von der Steuer- und Auswerteeinheit (28) bestimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad, ein Abtastsystem zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad durch Ausführen eines solchen Verfahrens, ein Lenkrad mit einer Handpositionierungserkennung, das ein solches Abtastsystem umfasst, und ein Softwaremodul zum automatischen Ausführen des Verfahrens.
Hintergrund der Erfindung
Auf dem Gebiet von Sensoranwendungen im Kraftfahrzeug ist es bekannt, Sensoren für sogenannte Hands Off Detection Systems (HOD, Systeme zur Erkennung, dass keine Handberührung vorliegt) einzusetzen, in denen einer oder mehrere Sensoren Informationen darüber bereitstellen, ob ein Fahrer seine Hände auf einem Lenkrad eines Fahrzeugs platziert hat oder nicht. Diese Informationen können einem automatischen Fahrerassistenzsystem (Automatic Driver Assistance System, ADAS), wie einer automatischen Distanzregelung (Adaptive Cruise Control, ACC), bereitgestellt werden, das, basierend auf dem bereitgestellten Sensorsignal, den Fahrer oder die Fahrerin warnen und ihn oder sie daran erinnern kann, wieder die Kontrolle über das Lenkrad zu übernehmen. Insbesondere können solche HOD-Systeme als Unterstützung verwendet werden, um eine Anforderung der Wiener Konvention zu erfüllen, dass der Fahrer jederzeit die Kontrolle über sein Fahrzeug behalten muss. HOD-Systeme können auch in einem Parkassistenzsystem oder einem ADAS eingesetzt werden, das dafür konfiguriert ist, eine Fahreraktivität bei hoher Geschwindigkeit auszuwerten.
Es ist ferner bekannt, kapazitive Sensoren in Fahrzeug-HOD-Systemen einzusetzen.
Zum Beispiel schlägt die WO 2016/096815 A1 einen planaren flexiblen Träger zur Verwendung in der Lenkradbeheizung und/oder beim Abtasten des Vorliegens der Hand (Hände) des Fahrers auf dem Lenkrad vor. Der planare Träger, der zur Montage an einem Kranz eines Lenkrads ohne Falten eingesetzt werden kann, umfasst einen Abschnitt von planarer flexibler Folie von grob rechteckiger Form mit zwei Längsseiten und zwei lateralen Seiten. Eine Länge B der lateralen Seiten beträgt das 0,96- bis 1 ,00-fache des Umfangs des Kranzes. Eine Anzahl von N Ausschnitten pro Längeneinheit ist auf jeder der Längsseiten vorgesehen, wobei sich die Ausschnitte einer Seite versetzt relativ zu entgegengesetzten Ausschnittabschnitten auf der gegenüberliegenden Seite befinden. Das Bestimmen einer optimalen Form und Größe der Ausschnitte wird beschrieben. Ferner werden ein Wärmeträger, eine Heiz- und/oder Abtastvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben.
Es sind in der Technik kapazitive HOD-Sensorsysteme mit mehreren Zonen bekannt, die eine Vielzahl von getrennten und unabhängigen Abtastzonen entlang des Lenkrads umfassen. Diese kapazitiven HOD-Sensorsysteme sind in der Lage, verschiedene Arten des Haltens des Fahrzeuglenkrads durch den Fahrer zu unterscheiden (eine Hand, zwei Hände, Winkelposition).
Zum Beispiel beschreibt das europäische Patent EP 1 292 485 B1 ein Lenkrad für ein Fahrzeug, das einen Lenkkranz, eine Nabe und mindestens eine Speiche, die den Lenkkranz und die Nabe miteinander verbinden, umfasst. Auf dem Lenkkranz sind Sensoren verteilt über den Umfang des Lenkkranzes angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Länge des Lenkkranzes. Die Sensoren können zum Betrieb auf einer widerstandsfähigen, kapazitiven oder induktiven Basis konfiguriert sein. Die Sensoren sind in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, die hintereinander in der Längsrichtung des Lenkkranzes angeordnet sind. Der Abstand zwischen zwei Segmenten eines Sensors zueinander in der Längsrichtung des Lenkkranzes ist kleiner als eine Fingerbreite, wobei die Segmente der Sensoren in der Längsrichtung des Lenkkranzes kürzer als eine Fingerbreite sind. Dadurch können der Daumen und die Finger der Hand zuverlässig voneinander unterschieden werden, und es wird eine hohe räumliche Auflösung erreicht.
Der Einsatz anderer Sensoren wurde auch für HOD-Anwendungen vorgeschlagen. Die WO 2019/086388 A1 beschreibt ein System zum Erkennen, ob sich mindestens eine Hand eines Benutzers auf einem Lenkrad befindet. Das System basiert im Allgemeinen auf einer Messung mittels Time Domain Reflectrometry (TDR). Das System umfasst eine Signalleitung, die sich von einem ersten Punkt zu einem zweiten Punkt erstreckt und entlang zumindest eines Abschnitts einer Oberfläche des Lenkrads angeordnet ist. Das System schließt ferner eine Erkennungseinheit ein, die an den ersten Punkt gekoppelt ist. Die Erkennungseinheit ist dafür konfiguriert, ein zeitabhängiges Erkennungssignal zu senden, das entlang der Signalleitung wandert, ein reflektiertes Signal zu empfangen, das entlang der Signalleitung wandert, und basierend auf dem reflektierten Signal das Vorliegen einer Hand auf der Oberfläche zu erkennen. Abgesehen von dem Erkennen des Vorliegens mindestens einer Hand kann die Erkennungseinheit eine Diagnose der Signalleitung ausführen. Sie kann zum Beispiel dazu geeignet sein, basierend auf dem reflektierten Signal eine intakte Länge der Signalleitung zu bestimmen.
Aufgabe der Erfindung
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Abtastsystem mit geringer Komplexität und ein Verfahren zum Bedienen bereitzustellen, das zumindest in der Lage ist, verschiedene Handpositionierungen auf einem Fahrzeuglenkrad zuverlässig zu erkennen und dessen Erkennungsfähigkeit nicht durch Alterungs- und Umwelteffekte beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad nach Anspruch 1, durch ein Abtastsystem zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad nach Anspruch 3 und durch ein Lenkrad mit einer Handpositionierungserkennung nach Anspruch 12 gelöst.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad durch Bedienen eines Abtastsystems gelöst. Das Abtastsystem umfasst mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung, die dafür angeordnet ist, sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche eines Kranzes des Lenkrads mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand irgendeines Abschnitts der mindestens einen Signalleitung von einem Referenzpunkt und Informationen über eine Position auf dem Kranz zu erstrecken, und welche eine elektrische Impedanzänderung von vorbestimmter Größe umfasst, die dauerhaft an einer vorbestimmten Position entlang der mindestens einen Signalleitung angeordnet ist. Das Abtastsystem schließt ferner eine Signalspannungsquelle, die betrieblich an jede Signalleitung anschließbar ist, und eine Steuer- und Auswerteeinheit, die betrieblich an jede Signalleitung anschließbar ist, ein.
Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte:

- durch Bedienen der Signalspannungsquelle Bereitstellen eines zeitabhängigen Messsignals für eine Signalleitung, das dazu bestimmt ist, entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung zu laufen,
- Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit zum Empfangen des Messsignals, nachdem es zumindest teilweise von der mindestens einen elektrischen Impedanzänderung und von einem anderen Abschnitt oder anderen Abschnitten der Signalleitung, für die das Messsignal bereitgestellt worden ist, reflektiert wurde,
- Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit zum Bestimmen einer Referenzlaufzeit des Messsignals zum Laufen zwischen dem Referenzpunkt und der mindestens einen, dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung,
- Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit zum Bestimmen einer Position oder von Positionen auf dem Kranz des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung, der bzw. die das Messsignal zumindest teilweise reflektiert hat bzw. haben, und
- Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit zum Bestimmen, basierend auf der bestimmten Referenzlaufzeit und der apriorisch bekannten Beziehung, einer Position oder von Positionen auf dem Kranz des anderen Abschnitts oder der anderen Abschnitte der Signalleitung, der (die) das Messsignal zumindest teilweise reflektiert hat (haben).

Der Begriff „Signal“, wie er in der gesamten vorliegenden Anmeldung verwendet wird, versteht sich als elektrisches oder elektromagnetisches Signal. Der Begriff „ein größerer Teil einer Oberfläche“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als ein Teil, der gleich oder mehr als 50 %, stärker bevorzugt mehr als 60 % und am meisten bevorzugt mehr als 70 % einer Fläche der Oberfläche beträgt und soll einen Teil von nahezu 100 % oder sogar 100 % der Fläche der Oberfläche einschließen. Der Begriff „(elektrisch) verbunden“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist insbesondere als durch eine galvanische Verbindung oder eine kapazitive oder induktive Kopplung elektrisch verbunden zu verstehen.
Im Allgemeinen basiert das Verfahren zum Erkennen einer Handpositionierung gemäß der Erfindung auf der Time Domain Reflectrometry (TDR), und das bereitgestellte zeitabhängige Messsignal, das entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung laufen soll, ist für TDR-Messungen geeignet. Die Signalform des zeitabhängigen Messsignals kann von der spezifischen Anwendung abhängen.
Das bereitgestellte zeitabhängige Messsignal läuft entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung und wird in jedem Fall zumindest teilweise von der mindestens einen dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung reflektiert. Ferner wird das Messsignal zumindest teilweise von irgendeiner anderen Stoßstelle entlang der Signalleitung reflektiert. Solche Stoßstellen können vorübergehend durch eine Hand oder einen oder mehrere Finger der Hand eines Bedieners des Lenkrads, die in der Nähe der Signalleitung positioniert sind, erzeugt werden. Die Art der erfassten Stoßstelle oder Stoßstellen wird durch die Art der Handpositionierung auf dem Lenkrad bestimmt.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine vorbestimmte absolute Länge der mindestens einen Signalleitung kombiniert mit der vorbestimmten Position der dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung entlang der mindestens einen Signalleitung verwendet werden kann, um jegliche Effekte zu kompensieren, wie Alterungseffekte oder Umwelteffekte, zum Beispiel Temperaturänderungen, von denen bekannt ist, dass sie eine Ausbreitungsgeschwindigkeit des Messsignals auf der Signalleitung ändern, zum Beispiel auf Grund einer Temperaturabhängigkeit von elektrischen Materialeigenschaften, und somit eine Laufzeit ändern können, die das Messsignal benötigt, um zwischen dem Referenzpunkt und der dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung zu laufen.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Messsignals entlang der Signalleitung bestimmt sich durch die tatsächlichen Materialeigenschaften der Signalleitung und interne und externe Bedingungen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine aktuelle Referenzlaufzeit für das Messsignal bestimmt, um entlang einer vorbestimmten absoluten Länge der Signalleitung zu laufen, die durch den Abstand zwischen einem Referenzpunkt und der vorbestimmten Position der elektrischen Impedanzänderung entlang der mindestens einen Signalleitung gegeben ist. Die aktuelle Referenzlaufzeit kann dann als Basis zum zuverlässigen Bestimmen einer Position oder von Positionen auf dem Kranz von anderen Abschnitten der Signalleitung verwendet werden, die das Messsignal auf Grund einer Handpositionierung auf dem Lenkrad reflektiert haben. Die Position oder Positionen kann oder können dann anhand der empfangenen reflektierten Messsignale relativ oder ratiometrisch zu der vorbestimmten absoluten Länge, zum Beispiel durch Kreuzmultiplikation, bestimmt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren kann es ermöglichen, jegliche Effekte zu kompensieren, die in der Lage sind, die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Messsignals entlang der Signalleitung zu ändern. Ohne das vorgeschlagene Verfahren würde eine solche geänderte Ausbreitungsgeschwindigkeit zu einem Fehler bei der Bestimmung einer Position von Positionen eines Abschnitts oder von Abschnitten der Signalleitung führen, der oder die das Messsignal auf Grund von Stoßstellen reflektiert hat oder haben, die durch eine Hand oder einen oder mehrere Finger der Hand des Bedieners auf dem Lenkrad erzeugt wurden.
Mit der apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand eines beliebigen Abschnitts der mindestens einen Signalleitung von dem Referenzpunkt und Informationen über eine Position auf dem Kranz kann das vorgeschlagene Abtastsystem ermöglichen, Positionen von erkannten Stoßstellen auf dem Kranz zuverlässig zu bestimmen.
Vorzugsweise schließt das Verfahren ferner die folgenden Schritte ein:

- Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit zum Bestimmen einer Handpositionierung auf dem Lenkrad basierend auf der bestimmten Position oder den bestimmten Positionen des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung auf dem Kranz, und
- Bereitstellen eines Ausgangssignals, das die bestimmte Handpositionierung anzeigt.

Mögliche Handpositionierungen, die mit dem vorgeschlagenen Verfahren bestimmt werden können, können unter anderem Szenarien sein wie eine Hand oder zwei Hände, die das Lenkrad berühren, und eine Hand oder zwei Hände, die das Lenkrad greifen.
Das bereitgestellte Ausgangssignal kann an die Steuereinheiten übertragen werden. Zum Beispiel kann es an ein automatisches Fahrerassistenzsystem (Automatic Driver Assistance System, ADAS) eines Fahrzeugs weitergeleitet werden, um als Unterstützung für eine Entscheidung über weitere Maßnahmen zu dienen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Abtastsystem zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad bereitgestellt. Das Abtastsystem schließt mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung, eine Signalspannungsquelle und eine Steuer- und Auswerteeinheit ein.
Die mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung kann so angeordnet werden, dass sie sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche eines Kranzes des Lenkrads mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand von irgendeinem Abschnitt der mindestens einen Signalleitung von einem Referenzpunkt und Informationen über eine Position auf dem Kranz erstreckt. Die mindestens eine Signalleitung umfasst mindestens eine elektrische Impedanzänderung von vorbestimmter Größe, die dauerhaft an einer vorbestimmten Position entlang der mindestens einen Signalleitung angeordnet ist.
Die Signalspannungsquelle ist betrieblich an jede Signalleitung anschließbar und dafür ausgelegt, ein zeitabhängiges Messsignal zum Lauf entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung bereitzustellen.
Die Steuer- und Auswerteeinheit ist betrieblich an jede Signalleitung anschließbar und ist dafür ausgelegt,

- das Messsignal zu empfangen, nachdem es zumindest teilweise von der mindestens einen dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung und von einem anderen Abschnitt oder anderen Abschnitten der Signalleitung, für die das Messsignal bereitgestellt worden ist, reflektiert wurde,
- eine Referenzlaufzeit des Messsignals zum Laufen zwischen dem Referenzpunkt und der mindestens einen, dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung zu bestimmen, und
- basierend auf der bestimmten Referenzlaufzeit und der apriorisch bekannten Beziehung eine Position oder Positionen auf dem Kranz des anderen Abschnitts oder der anderen Abschnitte der Signalleitung, der (die) das Messsignal zumindest teilweise reflektiert hat (haben), zu bestimmen.

Der Begriff „dafür ausgelegt sein“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als speziell programmiert, ausgelegt, eingerichtet oder angeordnet.
Die im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren beschriebenen Vorteile gelten vollumfänglich für das Abtastsystem.
Das zeitabhängige Messsignal muss kein Impulssignal sein, wie es bei der TDR häufig verwendet wird, sondern kann auch ein kontinuierliches Signal sein. In bevorzugten Ausführungsformen des Abtastsystems ist die Signalspannungsquelle dafür ausgelegt, ein pulsförmiges Signal, ein Frequenz-Wobbelsignal, ein phasenverschobenes abgestimmtes Pseudo-Zufallssignal oder ein Pseudo-Zufallssignal bereitzustellen. Dadurch kann eine Gestaltungsfreiheit zum geeigneten Abdecken eines weiten Bereichs von Anwendungen bereitgestellt werden.
Bei einer Frequenz-Wobbel-Sinuswelle kann die Steuer- und Auswerteeinheit dafür ausgelegt sein, eine schnelle Fouriertransformierte (FFT) auf das empfangene reflektierte Messsignal anzuwenden. Bei einem phasenverschobenen abgestimmten Pseudo-Zufallssignal oder einem Pseudo-Zufallssignal kann die Steuer- und Auswerteeinheit dafür ausgelegt sein, eine Kreuzkorrelation zwischen dem bereitgestellten Messsignal und dem empfangenen reflektierten Messsignal anzuwenden.
Vorzugsweise ist die Steuer- und Auswerteeinheit für das Bestimmen einer Handpositionierung auf dem Lenkrad basierend auf der bestimmten Position oder den bestimmten Positionen des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung ausgelegt.
Das vorgeschlagene Abtastsystem zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad kann von geringer Komplexität und in der Lage sein, zumindest zwischen Szenarien zu unterscheiden, wobei mindestens eine Hand das Lenkrad berührt, keine Hand das Lenkrad berührt und mindestens eine Hand das Lenkrad greift.
Vorzugsweise bildet das vorgeschlagene Abtastsystem Teil eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs. Der Begriff „Kraftfahrzeug“, wie er in dieser Patentanmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere dahingehend, dass er Personenwagen, LKWs, Zugeinheiten und Busse einschließt, obwohl die Anwendung auf andere Fahrzeuge, wie Flugzeuge oder Wasserfahrzeuge, im Rahmen der Erfindung auch in Betracht gezogen werden.
In bevorzugten Ausführungsformen des Abtastsystems ist jede Signalleitung dafür gestaltet, eine vorbestimmte einheitliche charakteristische Impedanz zu haben, mit Ausnahme der mindestens einen, dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung von vorbestimmter Größe. Auf diese Weise heben sich Stoßstellen, die durch die mindestens eine dauerhaft angeordnete elektrische Impedanzänderung oder durch eine Berührung oder ein Greifen des Lenkrads durch die Hand des Bedieners erzeugt werden, besser von allen anderen möglichen Impedanzstörungen ab.
In bevorzugten Ausführungsformen des Abtastsystems ist mindestens eine Signalleitung als Mikrostreifenleitung oder koplanarer Wellenleiter gestaltet, die jeweils einen flexiblen Dieleketrikumträger umfassen. Mikrostreifenleitungen und koplanare Wellenleiter sind allgemein bekannte Lösungen zur Gestaltung elektrischer Übertragungsleitungen als Signalleitungen mit einer gut definierten gewünschten gleichmäßigen Impedanz. Der flexible Dieleketrikumträger kann es vorteilhafterweise ermöglichen, die Signalleitung auf der Oberfläche des Kranzes des Lenkrads mit geringer Faltenbildung nahezu unbemerkt vom Bediener des Lenkrads einzubauen.
Vorzugsweise ist die mindestens eine dauerhaft angeordnete elektrische Impedanzänderung als eine elektrische Impedanz mit konzentrierten Elementen gestaltet. Dies kann eine einfache Bereitstellung einer gut definierten elektrischen Impedanzänderung in einer ansonsten einheitlichen Gestalt der Signalleitung ermöglichen.
In bevorzugten Ausführungsformen des Abtastsystems unterscheidet sich die vorbestimmte Größe der mindestens einen elektrischen Impedanzänderung von einer unendlichen Impedanz und von einer Impedanz mit einer Größe von Null. Die vorbestimmte Größe der mindestens einen elektrischen Impedanzänderung kann sich z. B. sowohl von einer Größe einer Impedanz der jeweiligen Signalleitung als auch einer Größe einer durchschnittlichen Impedanz, die von einer Handberührungspositionierung auf dem Lenkrad erzeugt wird, um mindestens 20 % unterscheiden. Bei solchen Ausführungsformen kann die mindestens eine dauerhaft angeordnete elektrische Impedanzänderung, zusätzlich zu den bereits beschriebenen Vorteilen, auch für weitere Diagnosemerkmale eingesetzt werden, wie für das Erkennen eines offenen Anschlusses oder eines Kurzschlusses der mindestens einen Signalleitung.
Vorzugsweise befindet sich die mindestens eine elektrische Impedanzänderung in Bezug auf den Referenzpunkt an einem Ende der jeweiligen Signalleitung. Auf diese Weise kann die mindestens eine elektrische Impedanzänderung auch als Abschluss der Signalleitung dienen, um eine volle Reflexion einer Amplitude des Messsignals an ihrem Ende zu vermeiden.
In bevorzugten Ausführungsformen des Abtastsystems ist die mindestens eine Impedanzänderung von vorbestimmter Größe mindestens einer Signalleitung als elektrisch offener Anschluss oder elektrischer Kurzschluss gestaltet, der an einem Ende der jeweiligen Signalleitung angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen ist eine Referenzlaufzeit des Messsignals maximal und es kann ein geringer relativer Fehler zum Bestimmen der Referenzlaufzeit erreicht werden. Ferner ist eine Amplitude des empfangenen reflektierten Messsignals, das durch die mindestens eine Impedanzänderung erzeugt wird, maximal und kann leicht identifiziert werden. Es sei angemerkt, dass, falls die Impedanzänderung von vorbestimmter Größe als elektrisch offener Anschluss gestaltet ist, die vorbestimmte Größe der mindestens einen elektrischen Impedanzänderung tatsächlich ähnlich einer Größe einer Impedanz der jeweiligen Signalleitung oder einer Größe einer durchschnittlichen Impedanz sein kann, die durch eine Handberührungspositionierung auf dem Lenkrad erzeugt wird.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Signalleitung als mäanderndes Muster geformt, sodass eine maximale laterale Abmessung zwischen angrenzenden Wendepunkten des mäandernden Musters an eine Umfangslänge des Querschnitts des Kranzes des Lenkrads angepasst ist. Auf diese Weise kann eine Gesamtlänge der Signalleitung, die so angeordnet werden kann, dass sie sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche eines Kranzes des Lenkrads erstreckt, im Vergleich zu einer geraden Form vergrößert werden, wodurch eine Anforderung in Bezug auf die zeitliche Auflösung gemindert werden kann. Ferner kann es die Verwendung eines mäandernden Musters erleichtern, einen größeren Teil der Oberfläche des Kranzes des Lenkrads zu bedecken und jegliche „Totzonen“ zu vermeiden, was Bereiche bedeutet, in denen eine Berührung oder sogar ein Greifen des Lenkrads durch eine Hand eines Bedieners von dem Abtastsystem unentdeckt bleiben könnte.
In bevorzugten Ausführungsformen des Abtastsystems umfasst die mindestens eine Signalleitung einen ersten Abschnitt, der so angeordnet werden kann, dass er sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche des Kranzes des Lenkrads erstreckt, die zu einem Bediener des Lenkrads weist, und einen zweiten Abschnitt, der so angeordnet werden kann, dass er sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche des Kranzes des Lenkrads erstreckt, die von dem Bediener des Lenkrads weg weist, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Es sei hier ferner angemerkt, dass die Begriffe „erste(r/s)“, „zweite(rZs)“ usw. in dieser Anmeldung nur zu Unterscheidungszwecken verwendet werden und in keiner Weise eine Reihenfolge oder eine Priorität anzeigen oder vorwegnehmen sollen.
In solchen Ausführungsformen würde eine Berührung nur einer der Oberflächen des Kranzes des Lenkrads durch eine Hand eine Stoßstelle und dadurch ein reflektiertes Signal nur entweder in dem ersten Abschnitt oder dem zweiten Abschnitt der Signalleitung erzeugen, während eine das Lenkrad greifende Hand des Bedieners zwei Reflexionen des Messsignals, das der Signalleitung an der gleichen Position auf dem Kranz bereitgestellt wird, erzeugen würde. Zwei Reflexionen des Messsignals, das der Signalleitung bereitgestellt wird, die an verschiedenen Positionen auf dem Kranz erkannt werden, können zwei Händen, die das Lenkrad berühren, zugeordnet werden. Dadurch kann auf besonders einfache Weise eine zuverlässige Unterscheidung zwischen einer Positionierung einer berührenden Hand oder berührenden Händen und einer Positionierung einer greifenden Hand oder greifenden Händen des Bedieners des Lenkrads erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Lenkrad mit einer Handpositionierungserkennung bereitgestellt. Das Lenkrad umfasst eine Ausführungsform des Abtastsystems zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad wie hier offenbart, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung so angeordnet ist, dass sie sich entlang eines größeren Teils der Oberfläche des Kranzes des Lenkrads erstreckt. Die im Zusammenhang mit dem Abtastsystem gemäß der Erfindung beschriebenen Vorteile gelten vollumfänglich für das vorgeschlagene Lenkrad.
Insbesondere ist das vorgeschlagene Lenkrad vorteilhaft im Kraftfahrzeugbereich anwendbar, d. h. zur Verwendung in einem Fahrzeug. Es wird im Rahmen der Erfindung jedoch auch in Betracht gezogen, das vorgeschlagene Lenkrad für Flugzeuge und Wasserfahrzeuge einzusetzen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Softwaremodul zur Steuerung eines automatischen Ausführens von Schritten einer Ausführungsform des hier offenbarten Verfahrens vorgesehen.
Die auszuführenden Verfahrensschritte werden in einen Programmcode des Softwaremoduls umgewandelt, wobei der Programmcode in einer digitalen Speichereinheit des Abtastsystems zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad implementierbar und von einer Prozessoreinheit des Abtastsystems ausführbar ist. Vorzugsweise kann die digitale Speichereinheit und/oder Prozessoreinheit eine digitale Speichereinheit und/oder eine Verarbeitungseinheit der Steuer- und Auswerteeinheit des Abtastsystems sein. Die Prozessoreinheit kann, alternativ oder ergänzend, eine andere Prozessoreinheit sein, die insbesondere so zugeordnet ist, dass sie mindestens einige der Verfahrensschritte ausführt.
Das Softwaremodul kann eine robuste und zuverlässige Ausführung des Verfahrens ermöglichen und eine schnelle Modifikation von Verfahrensschritten gestatten.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich und durch diese erklärt.
Es soll herausgestrichen werden, dass die Merkmale und Maße, die in der vorstehenden Beschreibung individuell detailliert angegeben sind, miteinander auf jede technisch bedeutende Weise kombiniert werden können und weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Die Beschreibung kennzeichnet und spezifiziert die Erfindung insbesondere in Verbindung mit den Figuren.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung, wobei:

1 schematisch ein Abtastsystem gemäß der Erfindung zur Handpositionierungserkennung auf einem Lenkrad in einem eingebauten Zustand veranschaulicht,
2 schematisch die elektrisch leitende Signalleitung des Abtastsystems gemäß 1 veranschaulicht,
3 schematisch das Abtastsystem gemäß 1 in einem Szenarium veranschaulicht, in dem zwei Hände das Lenkrad berühren (doppelte Berührungspositionierung),
4 ein schematisches Diagramm von reflektierten Messsignalen ist, die von dem Abtastsystem gemäß 1 empfangen wurden, in dem Szenarium gemäß 3,
5 schematisch das Abtastsystem gemäß 1 in einem Szenarium veranschaulicht, in dem eine Hand das Lenkrad greift (greifende Handpositionierung),
6 ein schematisches Diagramm von reflektierten Messsignalen ist, die von dem Abtastsystem gemäß 1 empfangen wurden, in dem Szenarium gemäß 5,
7 schematisch das Abtastsystem gemäß 1 in einem Szenarium veranschaulicht, in dem zwei Hände das Lenkrad greifen (greifende Handpositionierung),
8 ein schematisches Diagramm von reflektierten Messsignalen ist, die von dem Abtastsystem gemäß 1 empfangen wurden, in dem Szenarium gemäß 7,
9 schematisch das Abtastsystem gemäß 1 in einem Szenarium veranschaulicht, in dem eine Hand das Lenkrad berührt und eine Hand das Lenkrad greift (gemischte Handpositionierung),
10 ein schematisches Diagramm von reflektierten Messsignalen, die von dem Abtastsystem gemäß 1 empfangen wurden, in dem Szenarium gemäß 9 ist, und
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad durch Bedienen des Abtastsystems gemäß 1 ist.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
1 veranschaulicht schematisch ein Abtastsystem 10 gemäß der Erfindung zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad 44 in einem eingebauten Zustand. Der Klarheit halber ist nur ein Kranz 46 oder der Lenkkranz des Lenkrads 44 gezeigt, der ferner mindestens eine Speiche umfasst, die den Kranz 46 über eine Nabe auf an sich bekannte Weise mit einer Lenksäule verbindet. Das Lenkrad 44 mit Handpositionierungserkennung kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden, das als Personenwagen gestaltet ist, es kann jedoch auch in einem Flugzeug oder einem Wasserfahrzeug eingesetzt werden.
Das Abtastsystem 10 umfasst eine elektrisch leitende Signalleitung 12, eine Signalspannungsquelle 32 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 34.
Die Signalleitung 12 des Abtastsystems 10 ist schematisch in 2 veranschaulicht. Die Signalleitung 12 kann als mäanderndes Muster geformt sein, das eine Vielzahl von halbkreisförmigen Wendungen umfasst, die durch geradlinige Abschnitte verbunden sind. Die Signalleitung 12 kann als koplanarer Wellenleiter mit einer elektrisch leitenden mittleren Leitung und zwei elektrisch leitenden Rückführleitungen gestaltet sein, die auf eine gleich beabstandete Weise auf beiden Seiten der mittleren Leitung angeordnet sind. Die mittlere Leitung und die Rückführleitungen können an einem flexiblen Dielektrikumträger 14, wie einer polymeren Folie, zum Beispiel durch Anwenden eines Siebdruckverfahrens, angebracht sein. Der flexible Dieleketrikumträger 14 kann mit einer elektrisch leitenden Massefläche 16 hinterlegt werden, die als zusätzliche Rückführleitung des koplanaren Wellenleiters dient.
Auf diese Weise ist die Signalleitung 12 dafür gestaltet, eine vorbestimmte gleichmäßige charakteristische Impedanz aufzuweisen, die durch Variieren der Geometrie und der relativen Positionen der mittleren Leitung und der Rückführleitungen, wie es im Stand der Technik allgemein bekannt ist, ausgelegt werden kann, mit Ausnahme einer elektrischen Impedanzänderung 28 von vorbestimmter Größe. Die elektrische Impedanzänderung 28 ist dauerhaft an einer vorbestimmten Position entlang der Signalleitung 12 angeordnet. Die elektrische Impedanzänderung 28 kann sich in Bezug auf einen Referenzpunkt 30 an einem Ende der Signalleitung 12 befinden, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. In anderen Ausführungsformen kann die elektrische Impedanzänderung 28 mit einem anderen Abstand von dem Referenzpunkt 30 angeordnet sein, wie mit einem Abstand von dreiviertel einer vorbestimmten absoluten Länge der Signalleitung 12, wie in 1 in gestrichelten Linien gezeigt ist.
Die dauerhaft angeordnete elektrische Impedanzänderung 28 kann als elektrische Impedanz mit konzentrierten Elementen gestaltet sein, wie in 2 gezeigt ist, die dauerhaft am Ende der Signalleitung 12 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen kann die dauerhaft angeordnete elektrische Impedanzänderung 28 als geeignete Änderung der geometrischen Gestalt gestaltet sein, d. h. der Abmessungen und/oder der elektrischen Materialeigenschaften des koplanaren Wellenleiters.
Die vorbestimmte Größe der elektrischen Impedanzänderung 28 unterscheidet sich von einer unendlichen Impedanz und von einer Impedanz von einer Größe Null und unterscheidet sich sowohl von einer Größe einer Impedanz der Signalleitung 12 als auch von einer Größe einer durchschnittlichen Impedanz, die von einer Handberührungspositionierung auf dem Lenkrad erzeugt wird, um mindestens 20 %. Bei dieser spezifischen Ausführungsform wird die vorbestimmte Größe der elektrischen Impedanzänderung 28 so gewählt, dass sie die Hälfte der charakteristischen Impedanz der Signalleitung 12 beträgt. Bei anderen Ausführungsformen für andere Anwendungen kann die elektrische Impedanzänderung von vorbestimmter Größe jedoch als elektrisch offener Anschluss oder elektrischer Kurzschluss gestaltet sein, der an einem Ende der Signalleitung 12 angeordnet ist.
Eine maximale laterale Abmessung zwischen angrenzenden Wendepunkten 18 des mäandernden Musters der Signalleitung 12 ist an eine Umfangslänge eines Querschnitts des Kranzes 46 des Lenkrads 44 angepasst, sodass eine maximale laterale Abmessung zwischen angrenzenden Wendepunkten 18 des mäandernden Musters mehr als 25 % und weniger als 50 % einer Umfangslänge des Querschnitts des Kranzes 46 des Lenkrads 44 beträgt und bei dieser speziellen Ausführungsform etwa 30 % der Umfangslänge betragen kann.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die elektrisch leitende Signalleitung 12 so angeordnet, dass sie sich über einen größeren Teil einer Oberfläche des Kranzes 46 des Lenkrads 44 erstreckt. Die Signalleitung 12 umfasst einen ersten Abschnitt 20, der so angeordnet ist, dass er sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche 22 des Kranzes 46 des Lenkrads 44 erstreckt, die zu einem Bediener des Lenkrads 44 weist, d. h. normalerweise zum Fahrer des Fahrzeugs. Die Signalleitung 12 umfasst ferner einen zweiten Abschnitt 24, der so angeordnet ist, dass er sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche 26 des Kranzes 46 des Lenkrads 44 erstreckt, die von dem Bediener des Lenkrads 44 weg weist. Der erste Abschnitt 20 und der zweite Abschnitt 24 der Signalleitung 12 sind ohne Stoßstelle elektrisch in Reihe geschaltet.
Die Signalleitung 12 ist auf der Oberfläche des Kranzes 46 des Lenkrads 44 mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand von jeglichem Abschnitt der Signalleitung 12 von dem Referenzpunkt 30 und Informationen über eine Position auf dem Kranz 46 eingebaut und angeordnet. Eine Position eines jeden Abschnitts der Signalleitung 12 auf dem Kranz 46 kann durch Spezifizieren der Oberfläche, d. h. entweder die Oberfläche 22, die zum Bediener weist, oder die Oberfläche 26, die vom Bediener weg weist, und durch Spezifizieren eines Mittelwinkels in Bezug auf eine Winkelposition von Null definiert werden.
Die Signalspannungsquelle 32 ist betrieblich elektrisch an die Signalleitung 12 angeschlossen und dafür ausgelegt, ein zeitabhängiges Messsignal zum Lauf entlang der angeschlossenen Signalleitung 12 bereitzustellen. Bei dieser Ausführungsform ist die Signalspannungsquelle 32 als integraler Bestandteil der Steuer- und Auswerteeinheit 34 gestaltet und hat dasselbe Gehäuse für eine verbesserte Signalverarbeitung und -steuerung durch die Steuer- und Auswerteeinheit 34. In anderen Ausführungsformen kann die Signalspannungsquelle 32 als separate Einheit mit geeigneten Signal- und Steuerleitungen zu der Signalleitung 12 und der Steuer- und Auswerteeinheit 34 sein.
In dieser spezifischen Ausführungsform ist die Signalspannungsquelle 32 zur Bereitstellung von impulsförmigen Signalen gestaltet, aber in anderen Ausführungsformen kann die Signalspannungsquelle zur Bereitstellung eines Frequenz-Wobbelsignals, eines phasenverschobenen abgestimmten Pseudo-Zufallssignals oder eines Pseudo-Zufallssignals konfiguriert sein.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 34 ist betrieblich elektrisch an die Signalleitung 12 sowie an die Signalspannungsquelle 32 angeschlossen. Die Steuer- und Auswerteeinheit 34 kann einen Mikrocontroller aufweisen, der eine digitale Datenspeichereinheit 38, eine Prozessoreinheit 36 mit Datenzugriff auf die digitale Datenspeichereinheit 38 und eine Steuerschnittstelle 40 aufweist. Wie nachstehend erläutert wird, ist die Steuer- und Auswerteeinheit 34 dafür ausgelegt, das Messsignal, nachdem es zumindest teilweise von der dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung 28 und von einem anderen Abschnitt oder anderen Abschnitten der Signalleitung 12, für die das Messsignal bereitgestellt worden ist, reflektiert wurde, zu empfangen, eine Referenzlaufzeit des Messsignals zum Laufen zwischen dem Referenzpunkt 30 und der dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung 28 zu bestimmen, basierend auf der bestimmten Referenzlaufzeit und der apriorisch bekannten Beziehung eine Position oder Positionen auf dem Kranz 46 des anderen Abschnitts oder der anderen Abschnitte der Signalleitung 12, der (die) das Messsignal zumindest teilweise reflektiert hat (haben), zu bestimmen, und eine Handpositionierung auf dem Lenkrad 44 basierend auf der bestimmten Position oder den bestimmten Positionen des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung 12 zu bestimmen.
Mit einer vorbestimmten Größe der dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung 28, die die Hälfte der charakteristischen Impedanz der Signalleitung 12 beträgt, wird eine reflektierte Amplitude eines Drittels der Amplitude des Messsignals erwartet und kann leicht identifiziert werden.
Gegebenenfalls ist die Steuer- und Auswerteeinheit 34 zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das die bestimmte Handpositionierung anzeigt, für eine andere elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs zur Unterstützung einer Entscheidung über weitere Maßnahmen gestaltet.
Nachstehend wird eine Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Handpositionierung auf dem Lenkrad 44 durch Bedienen des Abtastsystems 10 gemäß 1 mit Bezug auf die 1 und 3 bis 10 und auf 11, welches ein Flussdiagramm des Verfahrens bereitstellt, beschrieben. Als Vorbereitung zum Bedienen des Abtastsystems 10 versteht sich, dass sich alle betroffenen Einheiten und Vorrichtungen in einem betriebsbereiten Zustand befinden und wie in 1 veranschaulicht konfiguriert sind.
Um in der Lage zu sein, das Verfahren automatisch auszuführen, weist die Steuer- und Auswerteeinheit 34 ein Softwaremodul 42 auf. Die auszuführenden Verfahrensschritte werden in einen Programmcode des Softwaremoduls 42 umgewandelt. Der Programmcode ist in der digitalen Datenspeichereinheit 38 der Steuer- und Auswerteeinheit 34 implementiert und von der Prozessoreinheit 36 der Steuer- und Auswerteeinheit 34 ausführbar. Alternativ kann das Softwaremodul 42 auch in einer anderen Steuereinheit des Fahrzeugs angeordnet und von dieser ausführbar sein, und es würden eingerichtete Datenkommunikationsmittel zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit 34 und der Fahrzeugsteuereinheit zum Ermöglichen einer gegenseitigen Datenübertragung verwendet.
Mit Bezug auf die 1 und 11 wird in einem ersten Schritt 60 des Verfahrens durch Bedienen der Signalspannungsquelle 32 der Signalleitung 12 ein zeitabhängiges Messsignal bereitgestellt. Das Messsignal soll entlang der angeschlossenen Signalleitung 12 laufen. Ohne eine Handpositionierung auf dem Lenkrad 44 wird eine Reflexion eines Drittels der Amplitude der Messsignalamplitude nur an der elektrischen Impedanzänderung 28 erwartet. Das Bereitstellen des zeitabhängigen Messsignals kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit 34 gesteuert werden. In anderen Ausführungsformen kann die Bereitstellung des zeitabhängigen Messsignals als Auslösesignal für die Steuer- und Auswerteeinheit 34 zum Beginnen der Ausführung der folgenden Schritte verwendet werden.
In einem weiteren Schritt 62 des Verfahrens wird die Steuer- und Auswerteeinheit 34 zum Empfangen des Messsignals bedient, nachdem es teilweise von der elektrischen Impedanzänderung 28 und von einem anderen Abschnitt oder anderen Abschnitten der Signalleitung 12 (auch als empfangenes reflektiertes Messsignal bezeichnet) reflektiert wurde.
In einem nächsten Schritt 64 wird die Steuer- und Auswerteeinheit 34 bedient, um eine Referenzlaufzeit des Messsignals zum Laufen zwischen dem Referenzpunkt 30 und der dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung 28 zu bestimmen.
In einem nächsten Schritt 66 wird die Steuer- und Auswerteeinheit 34 bedient, um basierend auf der bestimmten Referenzlaufzeit und der apriorisch bekannten Kenntnis über die Beziehung zwischen einem Abstand irgendeines Abschnitts der Signalleitung 12 von dem Referenzpunkt 30 und Informationen über eine Position auf dem Kranz 46, eine Position oder Positionen auf dem Kranz 46 des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung 12, der oder die das Messsignal zumindest teilweise reflektiert hat oder haben, zu bestimmen. Dies kann durch Berechnen der Position oder Positionen durch Kreuzmultiplikation unter Verwendung der bestimmten Referenzlaufzeit und der bekannten vorbestimmten absoluten Länge der Signalleitung 12 erhalten werden, die durch den Abstand zwischen dem Referenzpunkt 30 und der vorbestimmten Position der elektrischen Impedanzänderung 28 entlang der Signalleitung 12 gegeben ist.
In weiteren Schritten wird dann die Steuer- und Auswerteeinheit 34 zum Bestimmen einer Handpositionierung auf dem Lenkrad 44 basierend auf der bestimmten Position oder den bestimmten Positionen des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung 12 bedient.
Falls nur eine andere Position auf dem Kranz 46 des Abschnitts der Signalleitung 12, der das Messsignal teilweise reflektiert hat, bestimmt worden ist, bestimmt 68 die Steuer- und Auswerteeinheit 34 eine Handpositionierung äquivalent zu einer Positionierung einer einzelnen Berührung.
3 veranschaulicht schematisch das Abtastsystem 10 in einem Szenarium, in dem zwei Hände 48 das Lenkrad 44 berühren (doppelte Berührungspositionierung), wobei eine Hand 48 die Oberfläche 22 des Kranzes 46 berührt, die zum Bediener weist, und die andere Hand 48 die Oberfläche 26 des Kranzes 46 berührt, die von dem Bediener weg weist.
4 ist ein schematisches Diagramm von reflektierten Messsignalen 50, die von dem Abtastsystem 10 gemäß 1 empfangen worden sind, in dem Szenarium gemäß 3. Die Ordinate des Diagramms bezieht sich auf eine Signalamplitude und die Abszesse des Diagramms bezieht sich auf eine Umfangsposition auf dem Kranz 46, ausgehend von dem Referenzpunkt 30 zu einem Abschnitt der Signalleitung 12, wie durch die Steuer- und Auswerteeinheit 34 bestimmt ist.
Anhand des empfangenen reflektierten Messsignals 50 wurden zwei Positionen der Signalleitung 12, die das Messsignal teilweise auf dem Kranz 46 reflektiert haben, bestimmt und in Schritt 70 als Paarung ausgewählt. In einem Schritt 72 des Verfahrens vergleicht die Steuer- und Auswerteeinheit 34 die erste bestimmte Position auf dem Kranz 46 des ersten bestimmten Abschnitts der Signalleitung 12, der das Messsignal teilweise reflektiert, mit der zweiten bestimmten Position auf dem Kranz 46 des zweiten Abschnitts der Signalleitung 12, der das Messsignal teilweise reflektiert.
Wie aus 4 deutlich wird, unterscheiden sich die zwei bestimmten Positionen. Insbesondere unterscheiden sie sich um einen Betrag, der größer als ein vorbestimmter Differenzschwellenwert Δ ist. Für dieses Ergebnis des Schrittes 72 des Vergleichens bestimmt die Steuer- und Auswerteeinheit 34 eine Handpositionierung äquivalent zu Berührungspositionierungen in einem anderen Schritt 74.
Alle hier erwähnten vorbestimmten Werte, Schwellenwerte und Bedingungen können in der digitalen Datenspeichereinheit 38 der Steuer- und Auswerteeinheit 34 vorliegen und ohne weiteres von der Prozessoreinheit 36 der Steuer- und Auswerteeinheit 34 abgerufen werden.
5 veranschaulicht schematisch das Abtastsystem 10 gemäß 1 in einem Szenarium, in dem eine Hand 48 das Lenkrad ergreift 44 (greifende Handpositionierung), Erneut wurden zwei Positionen der Signalleitung 12 auf dem Kranz 46, die das Messsignal teilweise reflektiert haben, anhand des empfangenen reflektierten Messsignals 50 bestimmt (6). Im Gegensatz zu dem empfangenen reflektierten Messsignal 50 in 4 passen die zwei bestimmten Positionen innerhalb des vorbestimmten Differenzschwellenwertes Δ zueinander. Für dieses Ergebnis des Schrittes 72 des Vergleichens bestimmt die Steuer- und Auswerteeinheit 34 in einem anderen Schritt 76 eine Handpositionierung äquivalent zu einer Positionierung einer greifenden Hand.
7 veranschaulicht schematisch das Abtastsystem 10 gemäß 1 in einem Szenarium, in dem zwei Hände 48 das Lenkrad 44 greifen (Positionierung einer greifenden Hand). 8 ist ein schematisches Diagramm von reflektierten Messsignalen 50, die von dem Abtastsystem 10 gemäß 1 empfangen wurden, in dem Szenarium gemäß 7.
Anhand des empfangenen reflektierten Messsignals 50 wurden vier Positionen auf dem Kranz 46 der Signalleitung 12, die das Messsignal teilweise reflektiert haben, bestimmt. Wie vorstehend beschrieben wählt in einem Schritt 70 des Verfahrens die Steuer- und Auswerteeinheit 34 eine Paarung einer ersten bestimmten Position und einer zweiten bestimmten Position, vergleicht die erste bestimmte Position auf dem Kranz 46 eines ersten Abschnitts der Signalleitung 12, der das Messsignal teilweise reflektiert, mit der zweiten bestimmten Position auf dem Kranz 46 eines zweiten Abschnitts der Signalleitung 12, der das Messsignal teilweise reflektiert, in einem Schritt 72 und bestimmt eine Handpositionierung basierend auf einem Ergebnis des Schritts 72 des Vergleichens. Der Schritt 72 des Vergleichens wird für alle möglichen Paarungen unter den vier bestimmten Positionen auf dem Kranz 46 ausgeführt. Falls zwei bestimmte Positionen innerhalb des vorbestimmten Differenzschwellenwertes Δ zueinander passen, bestimmt 64 die Steuer- und Auswerteeinheit 34 eine Handpositionierung äquivalent zu einer Positionierung einer greifenden Hand für die Paarung der betreffenden Positionen. Dies ist bei zwei Paarungen von bestimmten Positionen der Fall, und die Steuer- und Auswerteeinheit 34 bestimmt 64 eine Handpositionierung äquivalent zu einer greifenden Positionierung durch zwei Hände 48.
9 veranschaulicht schematisch das Abtastsystem 10 gemäß 1 in einem Szenarium, in dem eine Hand 48 das Lenkrad 44 berührt und eine Hand 48 das Lenkrad greift, d. h. eine gemischte Handpositionierung. 10 ist ein schematisches Diagramm von reflektierten Messsignalen 50, die von dem Abtastsystem 10 gemäß 1 empfangen wurden, in dem Szenarium gemäß 9.
Anhand des empfangenen reflektierten Messsignals 50 wurden drei Positionen auf dem Kranz der Signalleitung 12, die das Messsignal teilweise reflektiert haben, bestimmt. Wie vorstehend beschrieben, wählt in einem Schritt 70 des Verfahrens die Steuer- und Auswerteeinheit 34 eine Paarung einer ersten bestimmten Position und einer zweiten bestimmten Position, und in einem Schritt 72 des Verfahrens vergleicht die Steuer- und Auswerteeinheit 34 die erste bestimmte Position auf dem Kranz 46 eines ersten Abschnitts der Signalleitung 12, der das Messsignal teilweise reflektiert, mit einer zweiten bestimmten Position auf dem Kranz 46 eines zweiten Abschnitts der Signalleitung 12, der das Messsignal teilweise reflektiert, und bestimmt eine Handpositionierung basierend auf einem Ergebnis des Schrittes 72 des Vergleichens. Der Schritt 72 des Vergleichens wird für alle möglichen Paarungen unter den drei bestimmten Positionen auf dem Kranz 46 ausgeführt.
Wie aus 10 deutlich wird, passen zwei der drei bestimmten Positionen innerhalb des vorbestimmten Differenzschwellenwertes Δ zueinander. Für diese betreffenden Positionen bestimmt 76 die Steuer- und Auswerteeinheit 34 eine Handpositionierung äquivalent zu einer Positionierung einer greifenden Hand. Die dritte der drei Positionen unterscheidet sich von jeder der anderen beiden Positionen um einen Betrag, der größer als der vorbestimmte Differenzschwellenwert Δ ist. Für dieses Ergebnis des Schrittes 72 des Vergleichens bestimmt 74 die Steuer- und Auswerteeinheit 34 eine Handpositionierung äquivalent zu einer Berührungspositionierung für die dritte Position.
Während die Erfindung im Einzelnen in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine solche Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Andere Varianten der offenbarten Ausführungsformen können von den Fachleuten bei der Ausführung der beanspruchten Erfindung, durch Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und die unbestimmten Artikel „ein“, „eine“ oder „einer“ schließen keine Mehrheit aus, was eine Menge von mindestens zwei ausdrücken soll. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in sich voneinander unterscheidenden Unteransprüchen aufgeführt sind, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Keines der Bezugszeichen in den Ansprüchen soll als den Schutzbereich einschränkend ausgelegt werden.p
Bezugszeichenliste

10: Abtastsystem
12: Signalleitung
14: flexibler Dieleketrikumträger
16: Massefläche
18: Wendepunkt
20: erster Abschnitt
22: Oberfläche
24: zweiter Abschnitt
26: Oberfläche
28: elektrische Impedanzänderung
30: Referenzpunkt

32: Signalspannungsquelle
34: Steuer- und Auswerteeinheit
36: Prozessoreinheit
38: digitale Datenspeichereinheit
40: Steuerschnittstelle
42: Softwaremodul
44: Lenkrad
46: Kranz
48: Hand
50: reflektiertes Messsignal
Δ: vorbestimmter Differenzschwellenwert

Schritte:

60: Bereitstellen von Messsignal für Signalleitung
62: Empfangen des reflektierten Messsignals
64: Bestimmen der Referenzlaufzeit
66: Bestimmen von Position(en) auf dem Kranz von Abschnitt(en) der Signalleitung, der (die) das Messsignal reflektiert hat (haben)
68: Bestimmen einer einzelnen Berührungspositionierung
70: Auswählen einer Paarung von zwei bestimmten Positionen
72: Vergleichen bestimmter Positionen auf dem Kranz
74: Bestimmen einer Berührungspositionierung
76: Bestimmen einer Positionierung einer greifenden Hand

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

WO 2016096815 A1 [0004]
EP 1292485 B1 [0006]
WO 2019086388 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad (44) durch Bedienen eines Abtastsystems (10), aufweisend - mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung (12), die dafür angeordnet ist, sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche eines Kranzes (46) des Lenkrads (44) mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand irgendeines Abschnitts der mindestens einen Signalleitung (12) von einem Referenzpunkt (30) und Informationen über eine Position auf dem Kranz (46) zu erstrecken, und welche eine elektrische Impedanzänderung (28) von vorbestimmter Größe umfasst, die dauerhaft an einer vorbestimmten Position entlang der mindestens einen Signalleitung angeordnet ist, - eine Signalspannungsquelle (32), die betrieblich an jede Signalleitung (12) anschließbar ist, und - eine Steuer- und Auswerteeinheit (34), die betrieblich an jede Signalleitung (12) anschließbar ist, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte umfasst: - durch Bedienen der Signalspannungsquelle (32) Bereitstellen (60) eines zeitabhängigen Messsignals für eine Signalleitung (12), das dazu bestimmt ist, entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung (12) zu laufen, - Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit (34) zum Empfangen (62) des Messsignals, nachdem es zumindest teilweise von der mindestens einen elektrischen Impedanzänderung (28) und von einem anderen Abschnitt oder anderen Abschnitten der Signalleitung (12), für die das Messsignal bereitgestellt worden ist, reflektiert wurde, - Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit (34) zum Bestimmen einer Referenzlaufzeit des Messsignals zum Laufen zwischen dem Referenzpunkt (30) und der mindestens einen, dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung (28), und - Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit (34) zum Bestimmen (66), basierend auf der bestimmten Referenzlaufzeit und der apriorisch bekannten Beziehung, einer Position oder von Positionen auf dem Kranz (46) des anderen Abschnitts oder der anderen Abschnitte der Signalleitung (12), der (die) zumindest teilweise das Messsignal reflektiert hat (haben).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die folgenden Schritte: - Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit (34) zum Bestimmen (68, 74, 76) einer Handpositionierung auf dem Lenkrad (44) basierend auf der bestimmten Position oder den bestimmten Positionen des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung (12) auf dem Kranz, und - Bereitstellen eines Ausgangssignals, das die bestimmte Handpositionierung anzeigt.
Abtastsystem (10) zum Erkennen einer Handpositionierung auf einem Lenkrad (44), aufweisend - mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung (12), die dafür angeordnet werden kann, sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche eines Kranzes (46) des Lenkrads (44) mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand irgendeines Abschnitts der mindestens einen Signalleitung (12) von einem Referenzpunkt (30) und Informationen über eine Position auf dem Kranz (46) zu erstrecken, wobei die mindestens eine Signalleitung mindestens eine elektrische Impedanzänderung (28) von vorbestimmter Größe umfasst, die dauerhaft an einer vorbestimmten Position entlang der mindestens einen Signalleitung angeordnet ist, - eine Signalspannungsquelle (32), die betrieblich an jede Signalleitung (12) anschließbar und dafür ausgelegt ist, ein zeitabhängiges Messsignal zum Lauf entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung (12) bereitzustellen, und - eine Steuer- und Auswerteeinheit (34), die betrieblich an jede Signalleitung (12) anschließbar und dafür ausgelegt ist, • das Messsignal zu empfangen (62), nachdem es zumindest teilweise von der mindestens einen dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung (28) und von einem anderen Abschnitt oder anderen Abschnitten der Signalleitung (12), für die das Messsignal bereitgestellt worden ist, reflektiert wurde, • eine Referenzlaufzeit des Messsignals zum Lauf zwischen dem Referenzpunkt (30) und der mindestens einen, dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung (28) zu bestimmen, und • basierend auf der bestimmten Referenzlaufzeit und der apriorisch bekannten Beziehung eine Position oder Positionen auf dem Kranz (46) des anderen Abschnitts oder der anderen Abschnitte der Signalleitung (12), der (die) zumindest teilweise das Messsignal reflektiert hat (haben), zu bestimmen (66).
Abtastsystem (10) nach Anspruch 3, wobei jede Signalleitung (12) dafür gestaltet ist, eine vorbestimmte einheitliche charakteristische Impedanz zu haben, mit Ausnahme der mindestens einen, dauerhaft angeordneten elektrischen Impedanzänderung (28) von vorbestimmter Größe.
Abtastsystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei mindestens eine Signalleitung (12) als Mikrostreifenleitung oder koplanarer Wellenleiter gestaltet ist, die jeweils einen flexiblen Dieleketrikumträger (14) umfassen.
Abtastsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die mindestens eine dauerhaft angeordnete elektrische Impedanzänderung (28) als elektrische Impedanz mit konzentrierten Elementen gestaltet ist.
Abtastsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei sich die vorbestimmte Größe der mindestens einen elektrischen Impedanzänderung (28) von einer unendlichen Impedanz und von einer Impedanz mit einer Größe von null unterscheidet.
Abtastsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei sich die mindestens eine elektrische Impedanzänderung (28) in Bezug auf den Referenzpunkt (30) an einem Ende der jeweiligen Signalleitung (12) befindet.
Abtastsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die mindestens eine elektrische Impedanzänderung (28) von vorbestimmter Größe mindestens einer Signalleitung als elektrisch offener Anschluss oder elektrischer Kurzschluss gestaltet ist, der an einem Ende der jeweiligen Signalleitung (12) angeordnet ist.
Abtastsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die mindestens eine Signalleitung (12) als mäanderndes Muster geformt ist, sodass eine maximale laterale Abmessung zwischen angrenzenden Wendepunkten (18) des mäandernden Musters an eine Umfangslänge des Querschnitts des Kranzes (46) des Lenkrads (44) angepasst ist.
Abtastsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die mindestens eine Signalleitung (12) einen ersten Abschnitt (20), der so angeordnet werden kann, dass er sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche (22) des Kranzes (46) des Lenkrads (44) erstreckt, die zu einem Bediener des Lenkrads (44) weist, und einen zweiten Abschnitt umfasst, der so angeordnet werden kann, dass er sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche (26) des Kranzes (46) des Lenkrads (44) erstreckt, die von dem Bediener des Lenkrads (44) weg weist, wobei der erste Abschnitt (20) und der zweite Abschnitt (24) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Lenkrad (44) mit Handpositionierungserkennung, umfassend ein Abtastsystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung (12) so angeordnet ist, dass sie sich entlang eines größeren Teils einer Oberfläche eines Kranzes (46) des Lenkrads (44) erstreckt.
Softwaremodul (42) zum Steuern einer automatischen Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei auszuführende Verfahrensschritte in einen Programmcode des Softwaremoduls (42) umgewandelt sind, wobei der Programmcode in eine digitale Datenspeichereinheit (38) des Abtastsystems (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 11 oder eine separate Steuereinheit implementierbar und von einer Prozessoreinheit (36) des Abtastsystems (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 11 oder eine separate Steuereinheit ausführbar ist.