DE112021003577T5

DE112021003577T5 - Steuerung von Funktionen eines Fahrzeuglenkrads

Info

Publication number: DE112021003577T5
Application number: DE112021003577.0T
Authority: DE
Inventors: Edward Rogers; Jack Mooney
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2023-06-07
Also published as: WO2022003205A3; GB2596586B; GB202010206D0; GB2596586A; WO2022003205A2

Abstract

Verfahren (50) zum Steuern eines Heizelements (14) für ein Fahrzeuglenkrad und eines Hands-On-Detection (HoD)-Sensors (16) zum Bestimmen, wann ein Benutzer das Lenkrad berührt, wobei das Verfahren (50) das Steuern sowohl des Heizelements als auch des HoD-Sensors durch einen oder mehrere Zyklen (52) umfasst, wobei jeder Zyklus eine Heizperiode (54) und eine Erfassungsperiode (56) umfasst, wobei: während der Heizperiode (54) das Heizelement (14) aktiviert (58) und der HoD-Sensor (16) deaktiviert (60) ist; und während der Abtastperiode (56) das Heizelement (14) deaktiviert (62) und der HoD-Sensor (16) aktiviert (64) ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Funktionen eines Lenkrads. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines Heizelements für ein Fahrzeuglenkrad und einen Hands-On-Detection (HoD)-Sensor zur Feststellung, wann ein Benutzer das Lenkrad berührt. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Steuergerät, ein Fahrzeuglenkrad und ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Da Fahrzeuge wie z. B. Autos mit immer mehr autonomen Fahrfunktionen ausgestattet werden, wird es immer wichtiger, die Aufmerksamkeit des Fahrers überwachen zu können. Eine Möglichkeit, die Aufmerksamkeit des Fahrers zu bestimmen, besteht darin, zu erkennen, wann der Fahrer das Lenkrad berührt.
Es gibt mehrere Technologien, die eingesetzt werden können, um zu erkennen, wenn der Fahrer das Lenkrad berührt. Eine dieser Technologien verwendet Sensoren mit kapazitiven Zonen, die um den Lenkradkranz herum angeordnet sind. Solche Sensoren werden üblicherweise als Hands on Detection oder HoD-Sensoren bezeichnet. Bei kapazitiven HoD-Sensoren wird das Verhalten einer elektrischen Ladung in einem bestimmten HoD-Sensor beeinflusst, wenn ein Benutzer den mit diesem Sensor verbundenen Bereich des Lenkrads berührt. Diese Ladung wird regelmäßig oder kontinuierlich von einem HoD-Sensor-Steuermodul überwacht, das so kalibriert ist, dass es erkennt, wann der Benutzer das Lenkrad mit einer oder beiden Händen berührt. Mit mehreren um den Lenkradkranz angeordneten Erfassungszonen kann ein autonomes Fahrsystem den Grad der Aufmerksamkeit des Fahrers bestimmen.
Im Allgemeinen funktioniert diese Technologie der kapazitiven Zone gut, aber in bestimmten Situationen kann es zu falsch positiven Messwerten kommen, die entweder dazu führen, dass das System anzeigt, dass der Fahrer das Lenkrad hält, obwohl dies nicht der Fall ist, oder dass ein Fehlercode erzeugt wird, der dazu führen kann, dass der autonome Fahrmodus deaktiviert wird, bis der Fehlercode gelöscht ist. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu mitigieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den ein Schutz angestrebt wird, wird ein Verfahren zum Steuern eines Heizelements für ein Fahrzeuglenkrad und eines Hands-On-Detection-(HoD)-Sensors zum Bestimmen, wann ein Benutzer das Lenkrad berührt, bereitgestellt, wobei das Verfahren das Steuern sowohl des Heizelements als auch des HoD-Sensors durch einen oder mehrere Zyklen umfasst, wobei jeder Zyklus eine Heizperiode und eine Erfassungsperiode umfasst, wobei: während der Heizperiode das Heizelement aktiviert ist und der HoD-Sensor deaktiviert ist; und während der Erfassungsperiode das Heizelement deaktiviert ist und der HoD-Sensor aktiviert ist.
Vorteilhafterweise kann die Stromzufuhr zum Heizelement periodisch unterbrochen werden, und die HoD-Sensoren können während dieser Unterbrechungen arbeiten, ohne von dem Strom beeinflusst zu werden, der sonst durch das Heizelement fließen würde. Das Verfahren koordiniert den Betrieb der HoD-Sensoren und des Heizelements vorteilhafterweise so, dass sie, wenn sie beide aktiv sein müssen, phasenverschoben betrieben werden, so dass der Betrieb des Heizelements die Leistung des HoD-Sensors nicht beeinträchtigt. In einem Beispiel kann die Dauer der Unterbrechungen im Betrieb des Heizelements in der Größenordnung von einer Sekunde oder weniger liegen, was vom Benutzer nicht ohne weiteres wahrgenommen wird und dem HoD-Sensor genügend Zeit gibt, seine vorgesehene Funktion zu erfüllen.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren ferner eine Verzögerungszeit zwischen der Heizperiode und der Erfassungsperiode, wobei während der Verzögerungszeit das Heizelement deaktiviert und der HoD-Sensor deaktiviert wird. Vorteilhafterweise kann die Hinzufügung einer Verzögerung zwischen der Deaktivierung des Heizelements durch die kontrollierte Unterbrechung seiner Stromversorgung und der Aktivierung der HoD-Sensoren eine weitere Robustheit gegenüber etwaigen Latenzen hinzufügen, die mit der Steuerung mehrerer Komponenten und Funktionen im Lenkrad verbunden sein können, und gibt den kapazitiven Abtastzonen der HoD-Sensoren Zeit, sich einzupendeln, sobald die Stromversorgung des Heizelements unterbrochen wurde.
In einem Beispiel wird das Heizelement während der Heizperiode unter Verwendung eines Arbeitszyklus gesteuert, der einen oder mehrere EIN-Bereiche und/oder einen oder mehrere AUS-Bereiche umfasst. In einem Beispiel wird die Leistung des Heizelements unter Verwendung einer Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) gesteuert, und während der Heizperiode, wenn das Heizelement aktiviert ist, umfasst das Verfahren ferner das selektive Zuführen einer pulsweitenmodulierten Spannung an das Heizelement in Form eines oder mehrerer EIN- und AUS-Bereiche eines PWM-Tastverhältnisses. Vorteilhafterweise ermöglicht die Steuerung des Heizelements unter Verwendung der PWM-Steuerung eine feinere Steuerung und Einstellung der Lenkradtemperatur und der Leistungsaufnahme des Heizelements, um die Heizleistung besser mit den Kosten und dem Energieverbrauch in Einklang zu bringen. Die Verwendung der PWM-Steuerung bietet außerdem den Vorteil, dass durch die Einführung relativ kurzer AUS-Bereiche zwischen den EIN-Bereichen, d. h. durch wiederholte kurze Unterbrechungen der Stromversorgung für das Heizelement, kontrollierte Zeitfenster geschaffen werden können, in denen der HoD-Sensor ohne das Risiko einer Störung durch den Betrieb des Heizelements betrieben werden kann. Diese kontrollierten Unterbrechungen können in der Größenordnung von 5:1 oder sogar 10:1 Einschaltdauer gegenüber Ausschaltdauer liegen, was sich nur begrenzt auf die Aufwärmzeit des Lenkrads auswirkt und für den Benutzer im Allgemeinen nicht wahrnehmbar ist. Auf diese Weise kann die Steuerung der HoD-Sensoren und des Heizelements als gleichzeitig wahrgenommen werden, wird aber in Wirklichkeit sequentiell betrieben, wobei ihre Aktivierung verschachtelt wird, um potenzielle Konflikte zwischen dem Heizelement und den HoD-Sensoren zu vermeiden. Es wird deutlich, dass auch andere Verhältnisse zwischen Einschaltdauer und Ausschaltdauer sinnvoll sein können.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren zur Steuerung des Heizelements ferner: einen Aufwärmmodus, bei dem die Gesamtdauer des einen oder der mehreren EIN-Bereiche größer ist als die Gesamtdauer des einen oder der mehreren AUS-Bereiche; und einen Temperaturerhaltungsmodus, bei dem die Gesamtdauer des einen oder der mehreren EIN-Bereiche kleiner oder gleich der Gesamtdauer des einen oder der mehreren AUS-Bereiche ist. In einer Ausführungsform wird die Betriebsart als Reaktion auf ein gemessenes Temperatursignal ausgewählt, das mindestens eines der folgenden Elemente anzeigt: eine Lenkradkranztemperatur, eine Umgebungstemperatur und eine Temperatur im Fahrzeuginnenraum. Vorteilhafterweise können in Abhängigkeit von einem gemessenen Temperatursignal verschiedene Betriebsarten des Heizelements ausgewählt werden, so dass Energieverbrauch und Heizleistung an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst werden können. Abhängig vom gemessenen Temperatursignal kann das Heizelement während einer Hochlaufphase der Heizung priorisiert werden, solange die HoD-Sensoren nicht aktiv sein müssen.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren die Mittelung eines Signals des HoD-Sensors während der Erfassungsperiode. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Mittelwertbildung des Signals des HoD-Sensors über mehr als einen Zyklus. Vorteilhaft ist, dass die Verwendung eines berechneten Mittelwerts aus dem Ausgangssignal des HoD-Sensors den unerwünschten Effekt von kurzzeitigen Einschwingvorgängen abschwächt. Unter bestimmten Umständen können Einschwingvorgänge durch unerwünschtes elektrisches Rauschen auf einer Fahrzeugspannungsversorgung verursacht werden.
In einem anderen Aspekt, für den ein Schutz angestrebt wird, wird eine Lenkradfunktionssteuerung für ein Fahrzeuglenkrad mit einem Heizelement und einem Hands-On-Detection (HoD)-Sensor bereitgestellt, um festzustellen, wann ein Benutzer das Lenkrad berührt, wobei die Lenkradfunktionssteuerung eine Steuereinrichtung umfasst, die so angeordnet ist, dass sie sowohl das Heizelement als auch den HoD-Sensor durch einen oder mehrere Zyklen steuert, wobei jeder Zyklus eine Heizperiode und eine Erfassungsperiode umfasst, wobei: während der Heizperiode die Steuereinrichtung das Heizelement aktiviert und den HoD-Sensor deaktiviert; während der Erfassungsperiode die Steuereinrichtung das Heizelement deaktiviert und den HoD-Sensor aktiviert.
In einem Beispiel umfasst der Zyklus eine Verzögerungsperiode zwischen der Heizperiode und der Erfassungsperiode, und während der Verzögerungsperiode deaktiviert das Steuermittel das Heizelement und den HoD-Sensor. In einer Ausführungsform ist das Steuermittel so angeordnet, dass es das Heizelement unter Verwendung einer PWM-Steuerung steuert, und wenn das Heizelement aktiviert ist, ist das Steuermittel so konfiguriert, dass es die dem Heizelement zugeführte Leistung in Form eines oder mehrerer EIN-Bereiche und eines oder mehrerer AUS-Bereiche eines Arbeitszyklus steuert, wobei das Verhältnis der Dauer zwischen EIN und AUS durch das Steuermittel gesteuert wird. In einer Ausführungsform ist das Verhältnis der Dauer zwischen EIN und AUS, das durch das Steuermittel gesteuert wird, so angeordnet, dass das Heizelement in verschiedenen Betriebsarten betrieben wird, wobei die Betriebsarten einen Aufwärmmodus und einen Temperaturerhaltungsmodus umfassen, wobei das Verhältnis der EIN-Dauer zur AUS-Dauer im Aufwärmmodus größer ist als im Temperaturerhaltungsmodus. In einem Beispiel, in dem die HoD-Sensoren nicht aktiv sind, kann das Steuermittel das Heizelement in einem der folgenden Modi betreiben: einem schnellen Aufwärmmodus mit einer Einschaltdauer von mindestens 90 %; einem verschachtelten Aufwärmmodus mit einer Einschaltdauer zwischen 75 und 95 %; einem Temperaturerhaltungsmodus mit einer Einschaltdauer zwischen 10 und 50 %; und einem Stand-by-Modus mit einer Einschaltdauer von etwa 0 %.
In einer Ausführungsform umfasst die Lenkradfunktionssteuerung einen Temperatursignaleingang, wobei das Steuermittel so angeordnet ist, dass es die Betriebsart des Heizelements in Abhängigkeit von dem Temperatursignal steuert, und wobei das Temperatursignal mindestens eines der folgenden Elemente anzeigt: eine Lenkradkranztemperatur, eine Umgebungstemperatur und eine Fahrzeuginsassentemperatur.
In einem Beispiel ist das Steuermittel so konfiguriert, dass es eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des AUS-Bereichs der Stromversorgung des Heizelements und der Aktivierung des HoD-Sensors sowie zwischen der Deaktivierung des HoD-Sensors und dem Beginn des EIN-Bereichs der Stromversorgung des Heizelements implementiert. Vorteilhafterweise dient eine Verzögerung zwischen der Unterbrechung der Stromzufuhr zum Heizelement und dem Beginn der Aktivierung des HoD-Sensors durch die Steuereinrichtung dazu, sicherzustellen, dass jede unerwünschte Störung der an den Sensor angelegten Ladung, die durch den im Heizelement fließenden Strom verursacht wird, abgeschwächt oder vollständig beseitigt wird. In einer Ausführungsform ist die Dauer der Zeitverzögerung so gewählt, dass sie die Latenzzeit zwischen der Reaktion des Heizelements auf die Steuereinrichtung, der Reaktion des HoD-Sensors auf das Heizelement und die Steuereinrichtung sowie die Latenzzeit innerhalb oder zwischen den Steuereinrichtungen berücksichtigt. Vorteilhafterweise wird die Dauer der Verzögerungsperiode so gewählt, dass sie größer oder gleich einer Latenzzeit ist, die zwischen Komponenten gemessen wird, die über ein Netzwerk, wie z.B. ein Local Interconnected Network (LIN) oder einen Controller Area Network (CAN) Bus, miteinander kommunizieren.
In einem Beispiel wendet das Steuermittel bei Aktivierung des HoD-Sensors eine gleitende Durchschnittsberechnung eines Ausgangssignals des HoD-Sensors an, das Ergebnis des gleitenden Durchschnitts wird in einem Speicher des Steuermittels gespeichert, wenn der HoD-Sensor deaktiviert wird, und das gespeicherte Ergebnis des gleitenden Durchschnitts wird von dem Steuermittel als Ausgangspunkt der gleitenden Durchschnittsberechnung bei einer nachfolgenden Aktivierung des HoD-Sensors verwendet.
In einem Beispiel umfasst das Steuermittel ein Heizelement--Steuergerät, das so angeordnet ist, dass es den Betrieb des Heizelements steuert, und ein HoD-Sensor--Steuergerät, das so angeordnet ist, dass es den Betrieb des HoD-Sensors steuert, wobei das Heizelement--Steuergerät und das HoD-Sensor-Steuergerät jeweils so angeordnet sind, dass sie Statussignale, die ihren jeweiligen Status anzeigen, über einen gemeinsamen Datenbus ausgeben, und wobei die Aktivitäten der Heizelement-Steuerung und der HoD-Sensor-Steuerung mit einer Kommunikationskadenz synchronisiert sind, die über den Datenbus übermittelt wird.
Vorteilhafterweise kann die Bereitstellung getrennter HoD-Sensor- und Heizelement-Steuergeräte nützlich sein, wenn sie in der Nabe und/oder den Speichen eines Fahrzeuglenkrads untergebracht werden sollen, und kann es ermöglichen, dass die Kommunikation zwischen dem HoD-Sensor und dem HoD-Sensor-Steuergerät robuster gegenüber negativen Auswirkungen äußerer Einflüsse wie z. B. elektrischem Rauschen ist, wenn die elektrische Verbindung zwischen Sensor und Steuergerät so kurz wie möglich gehalten wird. Die Trennung von HoD-Sensor-Steuergerät und Heizelement-Steuergerät kann ein Synchronisationssignal erforderlich machen, um sicherzustellen, dass die Ein- und Ausschaltbefehle des Heizelement-Steuergeräts zeitlich mit der gewünschten Aktivierung und Deaktivierung des HoD-Sensors übereinstimmen. Die elektrische Kopplung des HoD-Sensor-Steuergeräts mit dem Heizelement--Steuergerät über einen gemeinsamen Datenbus oder ein Kommunikationsnetz, wie z. B. einen LIN-Bus (Local Interconnected Network) oder CAN-Bus (Controller Area Network), kann in dieser Hinsicht besonders nützlich sein.
In einem weiteren zu schützenden Aspekt wird ein Fahrzeuglenkrad bereitgestellt, das ein Lenkrad-Funktionssteuergerät gemäß der vorstehenden Definition umfasst.
In einem weiteren zu schützenden Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Lenkradfunktionssteuergerät oder ein Fahrzeuglenkrad im Sinne der vorstehenden Definition umfasst.
Im Rahmen dieser Anmeldung ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorangehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere die einzelnen Merkmale davon, unabhängig oder in beliebiger Kombination verwendet werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in beliebiger Weise und/oder Kombination miteinander kombiniert werden, sofern diese Merkmale nicht unvereinbar sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch so zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs einbezieht, auch wenn er ursprünglich nicht auf diese Weise beansprucht wurde.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

1a zeigt ein Fahrzeuglenkrad gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1b zeigt einen Schnitt durch einen Kranz des Lenkrads von ;
2 zeigt ein Fahrzeuglenkrad gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt ein Fahrzeuglenkrad gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt eine systematische Darstellung einer Lenkradfunktionssteuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt eine schematische Zeitleiste einer Lenkradfunktionssteuerung und eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt eine systematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt eine systematische Darstellung einer Variante des in gezeigten Verfahrens;
10 zeigt Beispiele für verschiedene Betriebsarten des Lenkrad-Funktionsreglers, der sowohl das Heizelement als auch den HoD-Sensor eines Lenkrads gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steuert; und
11 zeigt ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1a zeigt ein Beispiel für ein Lenkrad 1 für ein Fahrzeug 2000 (wie in 11 dargestellt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Lenkrad 1 umfasst eine im Wesentlichen zentrale Nabe 4 und, im gezeigten Beispiel, strahlenförmig von der Nabe 4 ausgehend drei Speichen 3, die die Nabe 4 mit einem Lenkradkranz 2 verbinden, der so angeordnet ist, dass er von einem Benutzer, zum Beispiel einem Fahrer des Fahrzeugs, ergriffen werden kann. Im gezeigten Beispiel umfasst das Lenkrad 1 ein Paar vom Benutzer bedienbare elektrische Schaltpakete 6, die jeweils in einer entsprechenden Speiche 3 untergebracht und links und rechts von der zentralen Nabe 4 angeordnet sind. Die Schaltkästen 6 sind so konfiguriert, dass sie eine Reihe von Fahrzeugmerkmalen und -funktionen steuern. Beispielsweise kann die linke Schaltergruppe so angeordnet sein, dass sie eine Geschwindigkeitsregelanlage und ein Infotainmentsystem mit Audiosteuerungen für ein Radio, Freisprechtelefonate und dergleichen steuert, während die rechte Schaltergruppe so angeordnet sein kann, dass sie eine Reihe von Fahrzeugfunktionen wie autonome Fahrmodi und eine lenkradbezogene Funktion, nämlich eine Lenkradheizung, steuert. Andere Anordnungen können sinnvoll sein.
Das Lenkrad 1 kann mit Hilfe eines Heizelements 14, das den Kranz 2 im Wesentlichen umgibt, selektiv beheizt werden, wie in 1b in einer Querschnittsansicht durch die in 1a gezeigte Linie x-x dargestellt ist. Die Schaltpakete 6 und das Heizelement 14 werden über einen elektrischen Anschluss 5 mit Strom versorgt, der so angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen dem Lenkrad 1 und dem Rest des Fahrzeugs über den gesamten Bewegungsbereich des Lenkrads herstellt, der typischerweise zwischen 2 bis 4 vollen Umdrehungen liegen kann. In dem gezeigten Beispiel werden einige der von den Schaltpaketen 6 gesteuerten Funktionen nicht direkt betätigt, sondern von einem Lenkrad-Funktionssteuergerät 10 verwaltet, das in der mittleren Speiche 3 untergebracht ist. In diesem Beispiel ist das Lenkrad-Funktionssteuergerät 10 über die Taktfeder 5 und das rechte Schaltpaket 6 elektrisch mit dem Fahrzeug verbunden und so angeordnet, dass es den Betrieb des Heizelements 14 und eines Hands-on-Detection-Sensors 16 steuert, wie nachstehend im Einzelnen beschrieben wird. Es versteht sich von selbst, dass andere Anordnungen zur elektrischen Verbindung der Lenkradfunktionssteuerung 10 mit dem Fahrzeug 2000 in den Anwendungsbereich der Erfindung fallen.
1b zeigt den Aufbau des Lenkradkranzes 2. Die Struktur des Kranzes 2 wird durch eine metallische Lenkradarmatur gebildet, die in diesem Fall aus einer Magnesiumlegierung gegossen ist. Diese Armatur besteht aus einer Armaturennabe, drei Armaturenspeichen und einem Armaturenkranz 7, wobei der Übersichtlichkeit halber nur der Armaturenkranz 7 dargestellt ist. Um den Ankerrand 7 ist eine innere Schicht 2a aus dichtem Schaumstoff, in diesem Beispiel aus PU-Schaum, gespritzt. Um diese innere Schaumstoffschicht 2a herum befindet sich das Heizelement 14, das den Lenkradkranz 2 im Wesentlichen umschließt. Das Heizelement 14 ist dann mit einer Abschirmschicht 9 bedeckt, die so angeordnet ist, dass sie das Heizelement 14 vom HOD-Sensor 16 elektrisch isoliert. Die Abschirmschicht 9 kann ein separates Bauteil sein oder integral mit dem Heizelement 14 oder dem HoD-Sensor 16 ausgebildet sein. Der HoD-Sensor 16 kann aus einem einzigen Teil bestehen oder in Abschnitte unterteilt sein, wie in dem in 2 gezeigten Beispiel und wie im Folgenden beschrieben wird. Im gezeigten Beispiel ist der HoD-Sensor 16 von einer äußeren Schaumstoffschicht 2b bedeckt, und über dieser äußeren Schaumstoffschicht 2b befindet sich die äußerste Schicht des Lenkradkranzes 2, die in diesem Fall eine Lederschicht 2c ist, die um den Kranz herum vernäht ist, um die äußere Abdeckung zu bilden. Es versteht sich von selbst, dass die Lederschicht 2c durch ein anderes Material wie z. B. Holzfurnier, Vinyl oder ein anderes Kunststoffmaterial ersetzt werden kann. Die äußere Schicht 2b aus Schaumstoff sorgt für eine gleichmäßige Struktur, um die die äußere Abdeckung gewickelt wird, und dient dazu, das Vorhandensein von Komponenten um die Felge herum, wie z. B. elektrische Anschlüsse oder Drähte, in den Händen des Benutzers weniger wahrnehmbar zu machen.
2 zeigt ein Beispiel dafür, wie die HoD-Sensoren um den Lenkradkranz herum angeordnet sein können. Das Beispiel in 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung von HoD-Sensoren, bei der der Kranz in Abschnitte unterteilt ist, so dass festgestellt werden kann, ob der Benutzer die Lenkung mit einer oder beiden Händen berührt. Andere Anordnungen von HoD-Sensoren können sinnvoll sein. Die Feststellung, dass der Benutzer das Lenkrad berührt, kann genutzt werden, um den Betrieb des Fahrzeugs in teilautonomen Fahrmodi zu ermöglichen. Mit der Fähigkeit, das Lenkrad zu überwachen, um festzustellen, ob der Fahrer das Lenkrad berührt, können autonome Fahrsysteme geeignete Maßnahmen ergreifen, wenn das System feststellt, dass der Fahrer seine Hände für längere Zeit vom Lenkrad genommen hat, während das Fahrzeug in einem teilautonomen Modus fährt. Dies kann in Form einer akustischen und/oder optischen Warnung an den Fahrer geschehen, in der er aufgefordert wird, mindestens eine Hand wieder an das Lenkrad zu legen, oder, falls erforderlich, den Fahrmodus zu beenden.
Im gezeigten Beispiel ist der HoD-Sensor 16 in drei Zonen unterteilt, wobei die Zone 1 um die linke Seite des Lenkradkranzes 2 angeordnet ist, wenn sich das Lenkrad in der typischen Geradeausfahrtstellung befindet. Im gezeigten Beispiel ist die Zone 1 so angeordnet, dass sie bei normaler Autobahnfahrt mit der linken Hand des Benutzers in Kontakt kommt. Zone 1 ist so angeordnet, dass sie einen Bereich des Lenkradkranzes 2 von etwa der 8-Uhr-Position bis zur 12-Uhr-Position abdeckt. Zone 2 ist um die rechte Seite der Felge 2 herum angeordnet, etwa von der 12-Uhr-Position bis zur 4-Uhr-Position, und ist so angeordnet, dass sie mit der rechten Hand des Benutzers in Berührung kommt, wenn dieser die Felge 2 mit einem typischen 10-Uhr- und 2-Uhr-Griff umgreift, oder, wie im gezeigten Beispiel, wenn der Benutzer die Felge 2 in der Nähe der Speichen 3 umgreift und somit einen 9-Uhr- und 3-Uhr-Griff anwendet. Der Bereich 3 nimmt das untere Drittel des Lenkradkranzes ein. Die Zone 3 deckt den Kranz 2 von der 4-Uhr-Position bis zur 8-Uhr-Position ab. Diese Einteilung des HoD-Sensors 16 in drei Zonen ermöglicht eine autonome Fahrfunktion, die anhand der Ausgabe des HoD-Sensors 16 feststellt, ob der Benutzer den Lenkradkranz berührt und ob er das Lenkrad mit einer oder beiden Händen umgreift. Es wird deutlich, dass es für die HoD-Sensoren mehr als drei Zonen geben kann und dass die Zonen in anderen Konfigurationen um den Kranz oder das Lenkrad herum angeordnet werden können, wie es gewünscht wird.
3 und 4 zeigen zwei Beispiele für eine Lenkrad-Funktionssteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der in 3 gezeigten Anordnung ist ein Lenkrad-Funktionssteuergerät allgemein mit 10 bezeichnet und verwendet ein separates HoD-Sensor-Steuergerät 26 und ein Heizelement-Steuergerät 24, um ein Lenkrad-Funktionssteuergerät 20 mit verteilter Architektur zu bilden, während in dem in 4 gezeigten Beispiel die Funktionen des HoD-Sensor-Steuergeräts 36 und des Heizelement-Steuergeräts 34 in einem gemeinsamen Lenkrad-Funktionssteuergerät oder Steuermodul 30 unter Verwendung einer zentralisierten Architektur ausgeführt werden.
In dem in 3 gezeigten Beispiel wird eine Aufforderung zur Aktivierung der HoD-Sensoren 16 (beispielhaft ist nur die Zone 2 dargestellt) über die Uhrfeder 5 von einem im Fahrzeug 2000 befindlichen Steuergerät empfangen. Die Uhrfeder 5, das Heizelement-Steuergerät 24 und das HoD-Sensor-Steuergerät 26 sind über einen Kabelbaum miteinander verbunden und kommunizieren über ein gemeinsames Netzwerk oder einen Datenbus, wie z. B. ein Local Interconnected Network (LIN) 23. Wenn das Lenkrad-Funktionssteuergerät 10 eine verteilte Architektur mit separaten Steuermodulen für das HoD-Sensor-Steuergerät 26 und das Heizelement-Steuergerät 24 verwendet, ist es für das Lenkrad-Funktionssteuergerät 20 wichtig, den Betrieb des Heizelements 14 und des HoD-Sensors 16 gemäß dem unten unter Bezugnahme auf die 5 bis 8 beschriebenen Verfahren zu synchronisieren, um den zeitlichen Ablauf ihrer Aktivitäten zu steuern. Daher ist es vorteilhaft, das HoD-Sensor-Steuergerät 26 und das Heizelement-Steuergerät 24 über LIN 23 miteinander zu verbinden, um ihren Betrieb zu synchronisieren, Aktivitätsanforderungen an die Steuergeräte zu senden und HoD-Sensor-Ausgangsdaten, die sich auf den Hands-on-Status des Lenkrads beziehen, an andere Steuergeräte an anderen Stellen im Fahrzeug zu übertragen.
Aus 3 ist ersichtlich, dass das HoD-Sensor-Steuergerät 26 über eine HoD-Steuergerät-I/O-Leitung 25s mit der Uhrfeder 5 und damit mit dem übrigen Fahrzeugnetz in Verbindung steht. In ähnlicher Weise steht das Heizelement-Steuergerät 24 über eine Heizelement-Steuergerät-E/A-Leitung 25h in Verbindung mit der Uhrfeder 5 und damit mit dem übrigen Fahrzeugnetz. Die E/A-Leitung 25h des Heizelement-Steuergeräts und die E/A-Leitung 25s des HoD-Reglers versorgen ihre jeweiligen Regler über die Taktfeder 5 mit Versorgungsspannung aus dem Fahrzeug. In diesem Beispiel ist die rechte Schaltereinheit 6 über eine Heizelement-Steuergerät Eingangsleitung 24i mit dem Heizelement-Steuergerät 24 elektrisch gekoppelt. Der Benutzer kann über einen Schalter an der rechten Schaltereinheit 6 auswählen, ob die Lenkradheizung ein- oder ausgeschaltet werden soll, und diese Anforderung wird über die Eingangsleitung 24i an das Heizelementsteuergerät 24 gesendet. Das Heizelementsteuergerät 24 und die Schaltereinheit 6 mit dem Schalter für die beheizte Lenkradfunktion können als zwei getrennte Komponenten oder als eine einzige elektrische Komponente ausgebildet sein.
Das Heizelement-Steuergerät 24 bezieht über die E/A-Leitung 25s des Heizelement-Steuergeräts eine Versorgungsspannung von der Taktfeder 5. Wenn das Heizelement-Steuergerät 24 eine Anforderung zur Aktivierung des Heizelements 14 von der Umschaltbaugruppe 6 über die Heizelement-Steuergerät -Eingangsleitung 24i erhält, sendet das Heizelement-Steuergerät 24 eine Versorgungsspannung zur Stromversorgung des Heizelements 14 über eine Heizelement-Steuergerät Ausgangsleitung 24o. Das Heizelement-Steuergerät 24 überwacht dann die Heizelement-Steuergeräte-Eingangsleitung 24i auf eine Änderung der Anforderung von der Schaltpackung 6 und überwacht auch einen Ausgang von einem in das Heizelement integrierten Randtemperatursensor 24r. Dieser Felgentemperatursensor 24r steht in elektrischer Verbindung mit dem Heizelement-Steuergerät 24. Das Heizelement-Steuergerät 24 überwacht auch Temperatursignale, die vom Fahrzeug über das LIN 23 übertragen werden und die Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur anzeigen, die in einem Insassenraum des Fahrzeugs 2000 gemessen wird, in dem sich das Lenkrad 1 befindet.
Das Heizelement-Steuergerät 24 ist so konfiguriert, dass es in Abhängigkeit von allen ihm zur Verfügung stehenden Informationen eine Betriebsart auswählt, z. B. wenn die Umgebungstemperatur unter einem Schwellenwert, z. B. 0 °C, liegt, dann prüft es das Temperaturmessungs-Ausgangssignal des Felgentemperatursensors 24r, und solange die Felgentemperatur unter einem vorgegebenen Schwellenwert, z. B. 43 °C, liegt, wird ein Aufwärm-Modus ausgewählt, in dem das Heizelement vom Heizelement-Steuergerät 24 mit voller oder nahezu voller Leistung betrieben wird. Sobald die Temperatur des Lenkradkranzes 2 den vorgeschriebenen Wert, z. B. 43 °C, erreicht hat, schaltet das Heizelement-Steuergerät 24 vom Aufwärmmodus in einen Temperaturerhaltungsmodus um, der weniger elektrische Energie verbraucht und verhindert, dass der Lenkradkranz 2 unangenehm heiß wird.
Das Heizelement-Steuergerät 24 kann die Versorgungsspannung des Heizelements jederzeit unterbrechen oder anderweitig aussetzen, wenn dies gewünscht wird. In den gezeigten Beispielen steuert das Heizelement-Steuergerät 24 das Heizelement 14 mit Hilfe einer pulsweitenmodulierten (PWM) Stromversorgung, die zwischen 0 V für einen AUS-Bereich und nominalen 13,5 V (V_batt) für einen EIN-Bereich umschaltet. Das Verhältnis zwischen der Dauer des EIN-Bereichs und des AUS-Bereichs definiert einen Arbeitszyklus für das Heizelement, der von einem Arbeitszyklus von 100 %, bei dem das Heizelement 14 kontinuierlich mit der nominalen 13,5-V-Versorgungsspannung versorgt wird, wie er während einer Aufwärmphase des Heizelements verwendet werden kann, bis zu einem Arbeitszyklus von 20-50 % in einem Temperaturerhaltungsmodus reicht, bei dem die Versorgungsspannung für mindestens die Hälfte der Zeit, in der das Heizelement 14 aktiv ist, bei 0 V liegt. Das Heizelement--Steuergerät 24 ist so angeordnet, dass er das Tastverhältnis der Heizelement-Versorgungsspannung anpasst, um den Stromverbrauch zu steuern und verschiedene Betriebsmodi wie den Aufwärmmodus und den Temperaturerhaltungsmodus zu erreichen, wie oben beschrieben, und auch in einem synchronisierten oder verschachtelten Modus, wie unten im Detail beschrieben wird, wenn beide HoD-Sensoren aktiv sein müssen, wenn die beheizte Lenkradfunktion ebenfalls aktiv ist.
Das Heizelement-Steuergerät kann eine Temperaturregelungs-Rückkopplungsschleife in Form eines PI-Reglers verwenden, um den elektrischen Strom, der an das Heizelement gesendet wird, durch Anpassung des PWM-Tastverhältnisses der Heizelement-Versorgungsspannung zu regulieren. Der PI-Regler verwendet das Ausgangssignal des Felgentemperatursensors als Rückkopplungsschleife, um ein Fehlersignal zu ermitteln, das die Differenz zwischen der gemessenen Felgentemperatur und einer Zieltemperatur angibt. Je weiter die Felgentemperatur von der Zieltemperatur entfernt ist, desto größer ist das vom Heizelement-Steuergerät erzeugte Tastverhältnis und damit die dem Heizelement zugeführte Leistung. Diese Betriebsphase wird als Hochlaufphase des Heizelements bezeichnet. Wenn sich die Temperatur der Felge 2 der Zieltemperatur nähert, wird die Einschaltdauer proportional zum Fehlersignal verringert, bis die Zieltemperatur erreicht ist. Im Falle einer Temperaturüberschreitung, bei der die Felgentemperatur die Zieltemperatur übersteigt, unterbricht das Heizelement-Steuergerät die Versorgungsspannung für das Heizelement, bis die Felgentemperatur unter die Zieltemperatur fällt. Erhält das Heizelement-Steuergerät 24 über die Eingangsleitung 24i des Heizelement-Steuergeräts 6 die Aufforderung, die Funktion des beheizten Lenkrads zu deaktivieren, schaltet das Heizelement-Steuergerät 24 das Heizelement 14 ab, indem es dessen Stromversorgung unterbricht. Mit Hilfe dieser Rückkopplungsschleife kann das Heizelement-Steuergerät das PWM-Tastverhältnis linear reduzieren, so dass das Tastverhältnis direkt proportional zur Größe des Fehlers zwischen der gemessenen Felgentemperatur und der Felgensolltemperatur ist. Alternativ kann das Heizelement-Steuergerät das PWM-Tastverhältnis in festgelegten Inkrementen oder Schritten verringern, wenn sich der Lenkradkranz der Zieltemperatur nähert.
In der in 3 gezeigten Anordnung steht das Heizelement-Steuergerät 24, wenn er aktiv ist, über den LIN 23-Bus mit dem HoD-Sensor-Steuergerät 26 in Verbindung. Im gezeigten Beispiel ist das Heizelement-Steuergerät 24 beim Einschalten des Fahrzeugs aktiv, versorgt aber das Heizelement 14 nur bei Bedarf mit Strom.
Im Falle der in 4 gezeigten Anordnung verwendet das Lenkradfunktionssteuergerät 10 eine zentralisierte Steuerungsarchitektur, und als solches ist ein integriertes Lenkradfunktionssteuergerät 30 angeordnet, um sowohl die HoD-Sensoren als auch das Heizelement zu steuern. In diesem Beispiel kommunizieren das Heizelement-Steuergerät 34 und das HoD-Sensor-Steuergerät 36 ihre jeweiligen Statusinformationen über interne Kommunikationsmittel, die in das Lenkrad-Funktionssteuergerät 30 integriert sind, miteinander.
Wie bereits erwähnt, kann die Leistung der HoD-Sensoren 16 unter bestimmten Bedingungen beeinträchtigt werden. So kann das HoD-Sensor-Steuergerät beispielsweise falsch positive Messwerte erkennen, wenn sowohl die HoD-Sensoren als auch das Heizelement zusammen arbeiten, wenn es unerwünschte elektrische Störungen auf der Spannungsversorgung gibt. In der Regel treten solche Störungen nur auf, wenn die Versorgungsspannung ein erhebliches elektrisches Rauschen aufweist, wie es bei einem verschlissenen oder beschädigten elektrischen Bauteil, z. B. einer Lichtmaschine oder einem mit der Versorgungsspannung verbundenen Spannungsregler, auftreten kann. Wenn ein Gerät mit relativ hohen Strömen, wie z. B. das Heizelement, neben dem HoD-Sensor eingeschaltet ist, kann dies zu elektrischen Spannungsstörungen am HoD-Sensor führen, was wiederum zu unerwünschten Schwingungen im Spannungsausgang des HoD-Sensors führen kann. Dieses Szenario ist zwar ungewöhnlich, kann aber dazu führen, dass das HoD-Sensor-Steuergerät 26 falsch positive Werte erkennt, wenn der Fahrer das Lenkrad 1 nicht berührt. In diesen Fällen erzeugen teilautonome Systeme in der Regel einen Fehlercode und setzen einige Funktionen des autonomen Fahrens vorübergehend außer Kraft. Dies kann eine Quelle von Unannehmlichkeiten für den Benutzer sein, und daher wurde die folgende Methode (wie unten beschrieben und in den 5 und 6 dargestellt) speziell entwickelt, um diese Situationen zu überwinden.
5 zeigt ein Verfahren 50 zur Steuerung eines Heizelements für ein Fahrzeuglenkrad und eines Hands-On-Detection-Sensors zur Bestimmung, wann ein Benutzer das Lenkrad berührt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind das Fahrzeuglenkrad, der HoD-Sensor und das Heizelement wie vorstehend beschrieben. Das Verfahren umfasst die Steuerung des Heizelements und des HoD-Sensors durch einen oder mehrere Zyklen 52, wobei jeder Zyklus eine Heizperiode 54 und eine Erfassungsperiode 56 umfasst. Während der Heizperiode 54 wird das Heizelement aktiviert (58) und der HoD-Sensor deaktiviert (60), und während der Abtastperiode 56 wird das Heizelement deaktiviert (62) und der HoD-Sensor aktiviert (64). Am Ende 66 eines jeden Zyklus 52 kehrt das Verfahren 68 zum Beginn des Zyklus zurück. Durch dieses Verfahren werden die Funktionen des Lenkrads so gesteuert, dass das Heizelement und der HoD-Sensor nicht gleichzeitig aktiviert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Störung des HoD-Sensors reduziert wird. Eine Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 6 dargestellt ist, umfasst eine Verzögerungszeit 70 zwischen der Heizperiode 54 und der Abtastperiode 56. Während der Verzögerungszeit 70 ist das Heizelement 14 deaktiviert 72 und der HoD-Sensor 16 ist deaktiviert 74. Vorteilhafterweise reduziert die Verzögerungszeit die Störung des HoD-Sensors.
In jeder der in 5 oder 6 gezeigten Ausführungsformen wird das Heizelement in Ausführungsformen der Erfindung während der Heizperiode unter Verwendung eines Arbeitszyklus, wie zuvor beschrieben, gesteuert. Der Arbeitszyklus umfasst einen oder mehrere EIN-Bereiche und einen oder mehrere AUS-Bereiche. In einem Aufwärmmodus ist die Gesamtdauer des einen oder der mehreren EIN-Bereiche größer als die Gesamtdauer des einen oder der mehreren AUS-Bereiche. In einem Temperaturerhaltungsmodus ist die Gesamtdauer des einen oder der mehreren EIN-Bereiche kleiner als oder gleich der Gesamtdauer des einen oder der mehreren AUS-Bereiche. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Betriebsart in Abhängigkeit von einem gemessenen Temperatursignal ausgewählt, das mindestens eine der folgenden Größen anzeigt: Lenkradkranztemperatur, Temperatur im Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs 2000 und/oder Umgebungstemperatur. In Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren die Mittelwertbildung eines Signals vom HoD-Sensor während der Erfassungsperiode. Optional umfasst das Verfahren die Mittelwertbildung des Signals des HoD-Sensors über mehr als einen Zyklus.
Das Verfahren 50 kann von einem Lenkrad-Funktionssteuergerät 10 durchgeführt werden, das einige oder alle der oben beschriebenen Merkmale des Lenkrad-Funktionssteuergeräts aufweist. Die Merkmale der Lenkradsteuerung und ihre Funktionsweise werden daher unter Bezugnahme auf die 1a bis 4 und mit zusätzlichen Hinweisen, wo erwähnt, beschrieben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit bezieht sich die folgende Beschreibung nur auf das Lenkrad-Funktionssteuergerät. Es wird jedoch deutlich, dass die Verfahrensschritte, die von der Steuerung durchgeführt werden, optionale Schritte des Verfahrens bilden können, wie in Bezug auf die Fig. s 5 und 6 beschrieben.
Das Steuergerät für die Lenkradfunktion umfasst Steuermittel 10, z. B. ein oder mehrere Steuergeräte, die so angeordnet sind, dass sie das Heizelement und den HoD-Sensor über einen oder mehrere Zyklen steuern, wobei jeder Zyklus eine Heizperiode und eine Erfassungsperiode umfasst. In einer Ausführungsform ist das eine oder die mehreren Steuergeräte 10 ein einziges zentrales Steuergerät 30, wie in 4 gezeigt und beschrieben. In einer anderen Ausführungsform umfasst das eine oder die mehreren Steuergeräte 10 ein HoD-Sensor-Steuergerät 26 und ein Heizelement-Steuergerät 24, wie in 3 gezeigt und beschrieben. In jeder Ausführungsform aktiviert die Steuereinrichtung während der Heizperiode das Heizelement und deaktiviert den HoD-Sensor, während die Steuereinrichtung während der Abtastperiode das Heizelement deaktiviert und den HoD-Sensor aktiviert.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Zyklus eine Verzögerungsperiode zwischen der Heizperiode und der Erfassungsperiode, und während der Verzögerungsperiode deaktiviert das Steuermittel 10 das Heizelement und deaktiviert den HoD-Sensor. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, das Heizelement unter Verwendung einer PWM-Steuerung zu steuern, und wenn das Heizelement aktiviert ist, ist die Steuereinrichtung eingerichtet, die dem Heizelement zugeführte Leistung in Form eines EIN-Bereichs und eines AUS-Bereichs eines Arbeitszyklus zu steuern, wobei das Verhältnis zwischen der Dauer des EIN-Bereichs und der Dauer des AUS-Bereichs durch die Steuereinrichtung gesteuert wird. Das durch das Steuermittel gesteuerte Verhältnis zwischen EIN und AUS ist so eingerichtet, dass das Heizelement in verschiedenen Betriebsarten betrieben wird, wobei die Betriebsarten einen Aufwärmmodus und einen Temperaturerhaltungsmodus umfassen, wobei das Verhältnis von EIN-Dauer zu AUS-Dauer im Aufwärmmodus größer ist als im Temperaturerhaltungsmodus.
Wie in 3 gezeigt, kann das Steuergerät für die Lenkradfunktion so eingerichtet sein, dass es ein Eingangssignal von einem Temperatursensor 24r erhält. In dieser Ausführungsform ist die Steuereinrichtung so angeordnet, dass sie die Betriebsart des Heizelements in Abhängigkeit von dem Temperatursignal steuert. Andere Anordnungen, bei denen das Lenkrad-Funktionssteuergerät beispielsweise so angeordnet ist, dass es ein Eingangssignal von einem Umgebungstemperatursensor und/oder einem Temperatursensor im Fahrzeuginnenraum erhält, können sinnvoll sein.
Die Verzögerungszeit kann durch Steuermittel bereitgestellt werden, die so konfiguriert sind, dass sie eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des AUS-Bereichs der dem Heizelement zugeführten Energie und der Aktivierung des HoD-Sensors und/oder zwischen der Deaktivierung des HoD-Sensors und dem Beginn des EIN-Bereichs der dem Heizelement zugeführten Energie implementieren. Vorteilhafterweise ist die Dauer der Zeitverzögerung so ausgelegt, dass sie die Latenz zwischen: der Reaktion des Heizelements auf die Steuereinrichtung; der Reaktion des HoD-Sensors auf das Heizelement und die Steuereinrichtung; und der Latenz innerhalb oder zwischen dem einen oder mehreren Steuergeräten 10 berücksichtigt.
In einem Beispiel wendet das Steuermittel bei Aktivierung des HoD-Sensors eine gleitende Durchschnittsberechnung einer Ausgabe des HoD-Sensors an, das Ergebnis des gleitenden Durchschnitts wird in einem Speicher 31 des Steuermittels 10 gespeichert, wenn der HoD-Sensor deaktiviert ist, und das gespeicherte Ergebnis des gleitenden Durchschnitts wird von dem Steuermittel als Ausgangspunkt der gleitenden Durchschnittsberechnung bei einer nachfolgenden Aktivierung des HoD-Sensors verwendet.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden die Heizperiode und die Abtastperiode und optional die Verzögerungsperiode durch die PWM-Steuerung oder ähnlich wie oben beschrieben bereitgestellt. Zum Beispiel würde die Dauer der Heizperiode durch den EIN-Bereich der dem Heizelement zugeführten Leistung bereitgestellt, während die Verzögerungsperiode und die Erfassungsperiode im AUS-Bereich der dem Heizelement zugeführten Leistung bereitgestellt werden. Anders ausgedrückt, der HoD-Sensor wird während des AUS-Bereichs des Heizelements aktiviert, optional wird der HoD-Sensor nach einer Zeitspanne nach dem Wechsel von EIN zu AUS des Heizelements aktiviert, wobei die Zeitspanne als Verzögerungszeit bezeichnet wird.
7 zeigt eine Zeitleiste 80, die den Betrieb des Heizelements 14 zusammen mit dem Betrieb des HoD-Sensors 16 darstellt. Das Heizelement und der Sensor sind schematisch so dargestellt, dass sie zwischen 1 und 0 arbeiten, in denen sie aktiviert bzw. deaktiviert sind. Die dargestellte Zeitachse beginnt mit einer Abtastperiode 56. Am Ende der Erfassungsperiode beginnt eine Heizperiode 54. Anschließend ist eine Verzögerungszeit 70 vorgesehen, bevor die Zeiträume 56, 54 und 70 wiederholt werden. In Ausführungsformen der Erfindung liegt die Erfassungszeit im Bereich von 0,1-0,5s, die Heizzeit im Bereich von 1-5s und die Verzögerungszeit im Bereich von 0,01-0,3s. Andere Bereiche können sinnvoll sein. Wie oben erwähnt, umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung die Heizperiode eine PWM-Steuerung oder eine ähnliche Steuerung des Heizelements, so dass innerhalb der Heizperiode das Heizelement für bestimmte Zeiträume sowohl EIN 82 als auch AUS 84 ist. Dies ist in der in 7 gezeigten Heizperiode 54' dargestellt. In anderen Ausführungsformen, wie beschrieben, umfasst die Heizperiode insgesamt den EIN-Bereich des PWM- oder ähnlichen Tastverhältnisses, während die Abtastperiode und optional die Verzögerungsperiode im AUS-Bereich des PWM- oder ähnlichen Tastverhältnisses liegen. Der Einfachheit halber ist dies auch in 7 dargestellt.
Anhand weiterer Beispiele werden im Folgenden Elemente des Verfahrens 50 und der Betrieb des Lenkrad-Funktionsreglers beschrieben. In einem Beispielszenario ist das Heizelement 14 aktiv, wenn die HoD-Sensoren 16 aktiviert werden müssen. Die Lenkradfunktionssteuerung koordiniert dementsprechend die Heizperiode und die Erfassungsperiode, um die Heiz- und Erfassungsfunktionen zu verzahnen.
Während des Aufwärmvorgangs schaltet das Heizelement-Steuergerät 24, 34 von einer Einschaltdauer von 100 % auf einen geringfügig reduzierten Wert, z. B. 90 % Einschaltdauer, um. Dieser Modus wird als verschachtelter Aufwärmmodus bezeichnet, und in diesem Modus sind die HoD-Sensoren 16 nur während der AUS-Bereiche des Heizelement-Tastverhältnisses aktiv, d. h. wenn die Stromversorgung des Heizelements 14 unterbrochen ist. Die HoD-Sensoren 16 werden dann während des nächsten EIN-Bereichs des Heizelement-Tastverhältnisses deaktiviert, und dann wird der Vorgang wiederholt.
In einem Beispiel kann das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 dann eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des AUS-Bereichs der Stromversorgung des Heizelements 14 und der Aktivierung des HoD-Sensors 16 sowie zwischen der Deaktivierung des HoD-Sensors 16 und dem Beginn des EIN-Bereichs der Stromversorgung des Heizelements 14 implementieren. Vorteilhafterweise dient eine Verzögerung zwischen der Unterbrechung der Stromzufuhr zum Heizelement 14 und dem Beginn der Aktivierung des HoD-Sensors 16 durch das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 dazu, eine unerwünschte Störung der am Sensor anliegenden Ladung durch den im Heizelement fließenden Strom abzumildern oder vollständig zu beseitigen. Die Dauer der Zeitverzögerung ist so gewählt, dass die Latenzzeit zwischen der Reaktion des Heizelements auf das Heizelement-Steuergerät 24, 34 und der Reaktion des HoD-Sensors 16 auf das Heizelement 14 und das HoD-Steuergerät 26, 36 berücksichtigt wird. Die Dauer der Verzögerungszeit wird so gewählt, dass sie größer oder gleich einer Latenzzeit ist, die zwischen Komponenten gemessen wird, die über das Datennetz, wie z. B. ein lokales Verbundnetz (LIN) 23 oder ähnliches, kommunizieren.
Die Anordnung in 4 funktioniert auf die gleiche Weise wie die in 3 beschriebene, aber anstelle einer verteilten Architektur mit diskreten Steuermodulen für die HoD-Sensoren 16 und das Heizelement 14 wird in diesem Beispiel die Funktion beider Steuergeräte durch ein einziges, zentrales Lenkrad-Funktionssteuergerät oder Steuermodul 30 bereitgestellt. Der Hauptunterschied zwischen dem Lenkradfunktionssteuergerät 20 und dem Steuermodul 30 besteht darin, dass das HoD-Steuergerät 36 und das Heizelement-Steuergerät 34 des Steuermoduls 30 intern kommunizieren können und nicht auf LIN 23 angewiesen sind, um die Synchronisierung der Aktivitäten des HoD-Steuergeräts 36 und des Heizelement-Steuergeräts 34 zu ermöglichen, wenn die beheizte Lenkradfunktion und die HoD-Sensoren zusammenarbeiten sollen. Auf diese Weise kann die interne Kommunikation zwischen dem HoD-Sensor-Steuergerät und dem Heizelement-Steuergerät eine Quelle der Latenz verringern oder ganz beseitigen, so dass die Dauer der Verzögerungszeit bei einer zentralisierten Architektur geringer sein kann als bei einer verteilten Architektur des Lenkrad-Funktionssteuergeräts 10.
In einem Beispiel hat der EIN-Bereich während dieses verschachtelten Aufwärmmodus eine Dauer von 3,4s, der AUS-Bereich hat dann eine Dauer von 0,5s vor dem nächsten 3,4s langen EIN-Bereich, da dieser Zyklus wiederholt wird. In einer verbesserten Variante des verschachtelten Aufwärmmodus, die als zeitverzögerter verschachtelter Aufwärmmodus bezeichnet wird, wartet das HoD-Sensors-Steuergerät 26 auf die Bestätigung des Heizelement-Steuergeräts 24, 34, dass der AUS-Bereich begonnen hat, und fügt dann eine kurze Zeitverzögerung hinzu, bevor sie die HoD-Sensoren 16 aktiviert. In einem Beispiel für diesen zeitverzögerten, verschachtelten Aufwärmmodus hat der EIN-Bereich des Heizelements 14 eine Dauer von 3,4s, und das HoD-Sensors-Steuergerät 26 verwendet dann eine Zeitverzögerung von 200ms, bevor sie die HoD-Sensoren 16 für 300ms aktiviert. Die HoD-Sensoren 16 werden dann zu einem Zeitpunkt deaktiviert, der mit dem Beginn des nächsten EI N-Bereichs für den Arbeitszyklus des Heizelements zusammenfällt.
In einem Beispiel kann eine weitere Verzögerungszeit vor dem Beginn des nächsten EIN-Bereichs des Heizelements angewendet werden, wobei die Dauer dieser Verzögerungszeit in der Größenordnung von 10-100 ms liegen kann. Es versteht sich von selbst, dass andere Werte für die Dauer der EIN- und AUS-Bereiche des Heizelements und für die Aktivierungsdauer des HoD-Sensors sowie für die Dauer der einen oder mehreren Verzögerungsperioden verwendet werden können, je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist, und dass sie in Abhängigkeit von den Betriebsarten und/oder den gemessenen Temperaturwerten angepasst werden können. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, wie sowohl die HoD-Sensoren 16 als auch das Heizelement 14 zusammen arbeiten müssen. Kurze Unterbrechungen der Stromzufuhr zum Heizelement 14 wirken sich nur begrenzt auf die Aufwärmzeit des Lenkrads 1 aus und führen zu keinen für den Benutzer wahrnehmbaren Temperaturschwankungen am Kranz 2. Da die HoD-Sensoren 16 jedoch erst dann in Betrieb genommen werden, wenn alle potenziellen Störquellen des Heizelements 14 verschwunden sind, wird die Leistung der HoD-Sensoren erheblich verbessert, so dass einige autonome oder teilautonome Fahrmodi dem Benutzer auch bei aktivierter Lenkradheizung zur Verfügung stehen, was die wahrgenommene Qualität des Fahrzeugs erheblich steigert.
Sobald der Lenkradkranz 2 die vorgeschriebene Temperatur, in diesem Beispiel 43°C, erreicht hat, kann das Heizelement-Steuergerät 24, 34 in einen Temperaturerhaltungsmodus mit einer stark reduzierten Einschaltdauer von 50 % oder weniger umschalten. Aufgrund der Kommunikation zwischen dem HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 und dem Heizelement-Steuergerät 24, 34 kann diese Verringerung der Einschaltdauer jedoch noch mit dem Betriebszustand des HoD-Sensor-Steuergeräts 26, 36 koordiniert werden. Die Kadenz und Dauer der Aktivierungsimpulse des HoD-Sensors können gegenüber dem zeitverzögerten, verschachtelten Aufwärmmodus unverändert bleiben. Beispielsweise kann das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 nach dem Beginn des AUS-Bereichs des Heizelements 14 eine Verzögerung von 200 ms anwenden, gefolgt von der HoD-Sensor-Aktivierungsperiode von 300 ms, unabhängig davon, ob das Heizelement-Steuergerät 24, 34 in einem verschachtelten Aufwärmmodus oder in einem Temperaturerhaltungsmodus arbeitet. Abhängig von anderen Fahrzeugbedingungen wie Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel kann das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 die Dauer der HoD-Aktivierungsperiode über 300 ms hinaus verlängern oder der 300 ms-Aktivierungsperiode eine weitere Verzögerungsperiode folgen lassen, bevor es die HoD-Sensoren reaktiviert und dies als Zyklus so lange wiederholt, wie der AUS-Bereich des Heizelement-Tastverhältnisses andauert. Dies hat den Vorteil, dass die Kadenz der HoD-Sensor-Ausgangsdaten für alle Systeme, die für ihre Funktion auf diese Daten angewiesen sind, beibehalten wird und die Dauer der HoD-Erfassungszeiträume unter bestimmten Fahrbedingungen sogar erheblich verlängert werden kann, ohne dass die Lenkradheizungsfunktion vollständig deaktiviert werden muss.
Es wird deutlich, dass der Arbeitszyklus des Heizelements 14 durch das Heizelement-Steuergerät 24, 34 in einer Vielzahl verschiedener Modi gesteuert werden kann, um den Bedingungen und der gegebenen Anwendung zu entsprechen. Je nachdem, ob die HoD-Sensoren aktiv sind, können die Steuermittel das Heizelement beispielsweise in einem derfolgenden Modi betreiben: einen Schnellaufwärmmodus mit einer Einschaltdauer von mindestens 90 %, wenn die HoD-Sensoren nicht aktiv sind; einen verschachtelten Aufwärmmodus mit einer Einschaltdauer zwischen 75 und 95 %, wenn die HoD-Sensoren aktiv sind; einen Temperaturerhaltungsmodus mit einer Einschaltdauer zwischen 10 und 50 %, wobei dieser Modus unabhängig davon, ob die HoD-Sensoren aktiv sind, so eingerichtet ist, dass er je nach Wunsch mit einem verschachtelten oder koordinierten Betrieb mit den HoD-Sensoren kompatibel ist; und einen Stand-by-Modus mit einer Einschaltdauer von etwa 0 %.
8 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens 100 zur Steuerung von Funktionen, die mit einem Fahrzeuglenkrad 1 verbunden sind, das sowohl ein Heizelement 14 als auch einen Hands-On-Detection (HoD)-Sensor 16 zur Feststellung, ob ein Benutzer das Lenkrad berührt, aufweist. Das Verfahren 100 beginnt bei 102, typischerweise bei einer Initialisierung des HoD-Sensor--Steuergeräts26, 36 und des Heizelement--Steuergeräts24, 34 beim oder kurz nach dem Fahrzeugstart. Vom Startpunkt 102 aus initialisiert sich das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36, und in Schritt 110 wird bestimmt, ob eine HoD-Erfassung erforderlich ist. Wenn bei der Initialisierung 110 festgestellt wird, dass keine HoD-Erfassung erforderlich ist, kehrt das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 zum Startpunkt 102 zurück und fährt fort, seinen Eingang auf eine Änderung des HoD-Funktionsstatus zu überwachen.
Wenn im Initialisierungsschritt 110 festgestellt wird, dass eine HoD-Erfassung erforderlich ist, geht das Verfahren zu Schritt 112 über, wo eine Funktionsprüfung durchgeführt wird, um zu bestätigen, dass die HoD-Sensoren 16 betriebsbereit sind. Vor der Aktivierung der HoD-Sensoren 16 kommuniziert das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 in Schritt 114 mit dem Heizelement-Steuergerät 24, 34 und bestimmt in Schritt 116, ob die Lenkradheizungsfunktion aktiv ist. Ist die Lenkradheizungsfunktion nicht aktiv, geht das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 zu Schritt 117 über und wählt einen Standard-HoD-Sensor-Betriebsmodus. Ist die Lenkradheizungsfunktion aktiv, geht das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 zu Schritt 119 über, um einen verschachtelten HoD-Sensor-Betriebsmodus auszuwählen und die HoD-Sensor-Aktivität mit dem Heizelement-Steuergerät 24, 34 zu synchronisieren. Auf diese Weise koordinieren das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 und das Heizelement-Steuergerät 24, 34 ihre Aktivitäten und nehmen einen modifizierten Betriebsmodus an, der dem HoD-Sensor 16 regelmäßige Gelegenheiten zum Betrieb bietet, indem die Spannungsversorgung des Heizelements 14 periodisch unterbrochen wird.
Zurück zum Anfang bei 102: Zusätzlich zu dem Verfahren, mit dem das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 bestimmt, welcher Betriebsmodus anzuwenden ist, wird das Heizelement-Steuergerät 24, 34 auch bei 120 in Gang gesetzt, wenn das Fahrzeug eingeschaltet oder anderweitig aktiviert wird. Nach der Initialisierung bestimmt das Heizelement-Steuergerät 24, 34 auf der Grundlage der empfangenen Eingangssignale, ob das Heizelement 14 aktiv sein muss. Wenn die Lenkradheizung vom Benutzer nicht benötigt wird, kehrt das Verfahren zum Startpunkt 102 zurück und überwacht weiterhin eine Statusänderung. Wenn die Aktivierung des Heizelements 14 erforderlich ist, fährt das Verfahren mit der Aktivierung des Heizelements in Schritt 122 fort, der eine Funktionsprüfung darstellt, um zu bestätigen, dass das Heizelement 14 betriebsbereit ist.
Bevor das Heizelement 14 aktiviert wird, kommuniziert das Heizelement-Steuergerät 24, 34 in Schritt 124 mit dem HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 und stellt fest, ob die HoD-Sensoren 16 aktiv sind. Zusätzlich zur Überprüfung des Aktivitätsstatus der HoD-Sensoren 16 prüft das Heizelement-Steuergerät 24, 34 in Schritt 125 auch den Wert aller ihr zur Verfügung stehenden Temperaturmesswerte, wobei diese Werte eine Lenkradkranztemperatur, eine Umgebungstemperatur und eine Innenraumtemperatur umfassen können, und mit den Informationen bezüglich der Temperaturmesswerte und des HoD-Sensorstatus bestimmt das Heizelement-Steuergerät in Schritt 128 einen geeigneten Betriebsmodus für das Heizelement, wobei der Betriebsmodus aus einer Liste ausgewählt werden kann, die einen Aufwärmmodus und einen Temperaturerhaltungsmodus umfasst. Wenn ein Aufwärmmodus geeignet ist, wird in Schritt 130 eine Bestätigung bezüglich der HoD-Sensoraktivität vorgenommen; wenn die HoD-Sensoren nicht aktiv sind, wird in Schritt 131 ein Aufwärmmodus mit maximalem Arbeitszyklus gewählt; wenn die HoD-Sensoren aktiv sind, wird in Schritt 133 ein verschachtelter Aufwärmmodus gewählt. Wenn ein Temperaturerhaltungsmodus geeignet ist, wird in Schritt 140 eine Bestätigung bezüglich der HoD-Sensoraktivität vorgenommen, und wenn die HoD-Sensoren nicht aktiv sind, wird in Schritt 141 ein Temperaturerhaltungs-Tastratenmodus ausgewählt, wenn die HoD-Sensoren aktiv sind, wird in Schritt 143 ein verschachtelter Temperaturerhaltungsmodus ausgewählt.
9 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise von Verfahren 200, das im Wesentlichen mit Verfahren 100 identisch ist, und gleiche Referenznummern werden für gleiche Schritte verwendet. Der bemerkenswerte Unterschied bei Verfahren 200 im Vergleich zu Verfahren 100 liegt jedoch in der Art und Weise, wie das Heizelement-Steuergerät eine in Schritt 228 getroffene Entscheidung, das Heizelement in einem Temperaturerhaltungsmodus zu betreiben, behandelt. Wenn in Schritt 228 die Entscheidung getroffen wird, das Heizelement in einem Temperaturerhaltungsmodus zu betreiben, erfolgt keine anschließende Bestätigung des Aktivitätsstatus des HoD-Sensor--Steuergeräts, sondern das Heizelement-Steuergerät wählt in Schritt 235 automatisch einen Temperaturerhaltungsmodus aus, der einen verschachtelten Betrieb mit den HoD-Sensoren 16 ermöglicht. In diesem Modus synchronisiert das HoD-Sensors-Steuergerät 26, 36 zu jedem Zeitpunkt, an dem die HoD-Sensoren 16 während einer Fahrt benötigt werden, automatisch den Betrieb der HoD-Sensoren 16 mit den AUS-Bereichen des Temperaturerhaltungs-Arbeitszyklus. Auf diese Weise muss das Heizelement-Steuergerät 24, 34 seinen Betriebsmodus erst dann ändern, wenn entweder die Felgentemperatur unter einen Schwellenwert fällt oder der Benutzer die Lenkradheizungsfunktion über das Schaltpaket 6 deaktiviert. Auf diese Weise ersetzt und kombiniert Schritt 235 effektiv die Schritte 141, 143 im obigen Verfahren 100, um eine vereinfachte Steuerstrategie zu schaffen.
10 zeigt Beispiele für verschiedene Betriebsarten des Lenkrad-Funktionsreglers, der sowohl das Heizelement 14 als auch den HoD-Sensor 16 eines Lenkrads steuert, in einer Reihe von Status-Zeit-Diagrammen. Diese Diagramme sind in zwei Kategorien unterteilt: Die beiden oberen Diagramme zeigen Zustandsänderungen der Eingangsanforderungen für den HoD-Sensor 16 und die Lenkradheizung, während die beiden unteren Diagramme die Statusausgaben des Heizelement-Steuergeräts und des HoD-Sensor-Steuergerät als Reaktion auf die in den beiden oberen Diagrammen dargestellten Eingaben zeigen.
Beginnend mit dem ersten Diagramm oben in der Figur zeigt dies den Status der Anforderung der Lenkradheizungsfunktion, der zwischen AUS und EIN wechselt. Die Diagramme beginnen alle, wie es typischerweise der Fall ist, wenn der Benutzer das Fahrzeug zum ersten Mal startet, wobei sowohl die HoD-Sensoren 16 als auch das Heizelement 14 ausgeschaltet sind. Wenn das Fahrzeug eingeschaltet oder anderweitig aktiv ist, sind sowohl das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 als auch das Heizelement-Steuergerät 24, 34 aktiv und in der Lage, die HoD-Sensoren bzw. das Heizelement zu steuern und sie bei Bedarf mit Strom zu versorgen.
Nach dem Start und nach einem kurzen Intervall ist in der oberen Grafik zu erkennen, dass der Benutzer die Aktivierung der Lenkradheizung anfordert. Im Bereich a) wird nur die beheizte Lenkradfunktion angefordert. Nach Erhalt der Anforderung, die Lenkradheizung zu aktivieren, prüft das Heizelement-Steuergerät 24, 34 die Temperatursignaldaten, die dem Heizelement-Steuergerät 24, 34 über den Lenkradkranz-Temperatursensor 24r zur Verfügung gestellt werden, sowie andere gemessene Temperatursignale, die dem Heizelement-Steuergerät 24, 34 zur Verfügung gestellt werden. In diesem Beispiel zeigen die gemessenen Temperaturen eines Innenraumtemperatursensors und eines Umgebungstemperatursensors alle an, dass die Temperatur im Fahrzeuginnenraum und in der Umgebung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Darüber hinaus bestätigt das Heizelement-Steuergerät 24, 34 auch, dass die HoD-Sensoren 16 nicht aktiv sind. Als Reaktion darauf wählt das Heizelement-Steuergerät 24, 34 einen Aufwärmmodus, um das Lenkrad 1 schnell auf die gewünschte Temperatur zu bringen, indem es das Heizelement 14 mit der maximal verfügbaren Einschaltdauer versorgt, wie an der Reaktion des an das Heizelement gesendeten Ausgangssignals zu erkennen ist, wie im Bereich f) in der nachstehenden Grafik dargestellt.
Im zeitlichen Verlauf der Diagramme ist im Bereich b) zu erkennen, dass die Funktion des beheizten Lenkrads nach wie vor erforderlich ist, dass aber nun auch die HoD-Sensoren 16 aktiv sein müssen. Als Reaktion auf diese Änderung wechselt das Heizelement-Steuergerät 24, 34, den Betriebsmodus von einem Aufwärmmodus zu einem verschachtelten Aufwärmmodus. Dieser Modus hat ein etwas geringeres Tastverhältnis als der nicht verschachtelte Aufwärmmodus, aber die AUS-Bereiche des Tastverhältnisses sind so angeordnet, dass das HoD-Sensor-Steuergerät die Möglichkeit hat, die HoD-Sensoren ohne das Risiko einer elektrischen Störung durch das Heizelement zu aktivieren. Das Heizelement-Steuergerät schaltete im Zeitintervall b) in den verschachtelten Aufwärmmodus, weil die dem Heizelement-Steuergerät zugeführten Temperatursignaldaten anzeigten, dass die Lenkradkranztemperatur noch unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Die Auswirkung des Umschaltens vom Aufwärmmodus in den verschachtelten Aufwärmmodus ist aus dem Ausgangsdiagramm des Heizelement-Steuergeräts für das Heizelement während des Intervalls g) und der entsprechenden Aktivität der HoD-Sensoren aus dem unteren Diagramm im Intervall h) ersichtlich. Während des Intervalls h) ist deutlich zu erkennen, dass die HoD-Sensoren nur während der AUS-Perioden der Heizelement-Arbeitszyklen aktiviert werden, so dass die Aktivitäten der Heizelement-Versorgungsspannung und der HoD-Sensoren so synchronisiert sind, dass sie außer Phase zueinander sind und ihre Aktivitätszyklen effektiv verschachtelt sind.
Im Zeitintervall c) betätigt der Benutzer das Bedienelement für die Lenkradheizung am Lenkradschalterpaket 6, um das Heizelement 14 zu deaktivieren, so dass jetzt nur noch die HoD-Sensoren 16 aktiv sind. Die Reaktion auf diese Änderung ist an das Heizelement-Steuergerät 24 zu erkennen, deren Ausgangssignal 34 für das Heizelement auf 0 fällt, was zu einer Einschaltdauer von 0 % führt. Das HoD-Sensor-Steuergerät ist in der Lage, diese Änderung der Aktivität des Heizelements zu nutzen und kann im Intervall i) die HoD-Sensoren häufiger aktivieren, oder im gezeigten Beispiel wird die HoD-Sensor-Aktivität auf 1 gesetzt, solange die HoD-Sensoren aktiv sein müssen und das Heizelement ausgeschaltet ist. Im gezeigten Beispiel ist zu erkennen, dass das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 nach der Bestätigung, dass das Heizelement 14 ausgeschaltet wurde, eine kurze Verzögerung anwendet, bevor die HoD-Sensoren 16 aktiviert werden. Die oben beschriebene Funktionsweise der HoD-Sensoren ist nur ein Beispiel, alternativ kann das HOD-Steuergerät 26, 36 auch weiterhin so arbeiten wie während des Zeitintervalls h), wenn dies gewünscht wird.
Im Zeitintervall zwischen c) und d) sind weder die HoD-Sensoren noch das Heizelement aktiv, so dass als Reaktion darauf das Heizelement 14 und die HoD-Sensoren 16 deaktiviert werden, während die jeweiligen Steuergeräte aktiv bleiben. Im Zeitintervall d) müssen die HoD-Sensoren 16 nicht aktiv sein, aber die Lenkradheizung wird wieder aktiviert. Hier prüft das Heizelement-Steuergerät 24, 34 die gemessenen Temperaturdaten und stellt fest, dass die Felge 2 noch unter dem vorgeschriebenen Temperaturwert liegt. Infolgedessen wählt das Heizelement-Steuergerät 24, 34 während des Intervalls d) den Aufwärmmodus, wie aus der Ausgabe des Heizelement-Steuergeräts im Intervall j) ersichtlich ist, die zeigt, dass das Heizelement 14 mit einer Einschaltdauer von 100 % betrieben wird, da die HoD-Sensoren 16 zu diesem Zeitpunkt nicht aktiv sind.
Im Zeitintervall e) zeigte der gemessene Temperaturausgang des Felgentemperatursensors an, dass der Lenkradkranz dank der Wirkung des Heizelements 14 die Zieltemperatur erreicht hat. Daraufhin schaltet das Heizelement-Steuergerät 24, 34 vom Aufwärmmodus in einen Temperaturerhaltungsmodus um, wobei die Einschaltdauer im Vergleich zum Aufwärmmodus reduziert ist, wie im Intervall k) zu sehen ist. Die Zeitpunkte der EIN-Bereiche des Temperaturerhaltungs-Tastverhältnisses sind so gewählt, dass sie mit dem HoD-Sensor--Steuergerät, der die AUS-Bereiche des Heizelement-Tastverhältnisses verwendet, verschachtelt werden können, wenn die HoD-Sensoren reaktiviert werden müssen, während das Heizelement in diesem Modus noch aktiv ist.
Im Zeitintervall I) werden die HoD-Sensoren wieder aktiviert, während das Heizelement in einem Temperaturerhaltungsmodus arbeitet. Als Reaktion auf die Änderung des Aktivitätsstatus betreibt das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 die HoD-Sensoren in einem verschachtelten Modus, wobei die HoD-Sensoren nur während der AUS-Bereiche des Heizelement-Tastverhältnisses aktiviert werden. Wenn man die Aktivität des Heizelements im Intervall k) mit der Aktivität der HoD-Sensoren im Intervall I) vergleicht, kann man feststellen, dass sie außer Phase zueinander sind.
Im Intervall m) schließlich hat der Benutzer die Lenkradheizung deaktiviert, und als Reaktion auf diese Statusänderung schaltet das Heizelement-Steuergerät auf eine Einschaltdauer von 0 %. Während dieser Zeit bleiben nur die HoD-Sensoren 16 aktiv, und als Reaktion auf die Deaktivierung des Heizelements 14 im Intervall m) schaltet das HoD-Sensor-Steuergerät auf einen kontinuierlichen Modus der HoD-Sensor-Aktivität um, was durch den HoD-Sensor-Steuergerät -Ausgang von 1 während des verbleibenden Zeitraums, in dem die HoD-Sensoren aktiv sein müssen, angezeigt wird. Auch hier ist zu erkennen, dass das HoD-Sensor-Steuergerät 26, 36 nach der Bestätigung, dass das Heizelement 14 deaktiviert wurde, eine kurze Verzögerung anwendet, bevor es die HoD-Sensoren 16 aktiviert. Dies kann geschehen, um einem anderen System im Fahrzeug zusätzliches Vertrauen zu geben, um eine kurzzeitige Selbstdiagnose oder einen Selbstkalibrierungstest durchzuführen.
In einem anderen, in 7 nicht dargestellten Beispiel können die HoD-Sensor-Steuergeräte 26, 36 und die Heizelement-Steuergerät 24, 34, sobald das beheizte Lenkrad die Zieltemperatur erreicht hat, in einen Betriebsmodus wechseln, der nicht mehr von der Priorität des Erreichens der Zieltemperatur bestimmt wird. In dieser Betriebsart können die HoD-Sensoren 16 und das Heizelement 14 abwechselnd mit annähernd gleicher Aktivitätsdauer aktiviert werden, so dass die Aktivierungszeit im Verhältnis 50:50 aufgeteilt wird, was je nach Bedarf angepasst wird, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Lenkradkranzes gehalten wird. Auf diese Weise kann die 50:50-Aufteilung beispielsweise aus abwechselnden Zeiträumen von 0,5-1 Sekunden bestehen, wobei kontinuierlich zwischen der Aktivität des HoD-Sensors und der Aktivität des Heizelements gewechselt wird. Die Dauer der Aktivierungszeit kann in Abhängigkeit von Faktoren wie der Abkühlungsrate des Lenkradkranzes und den Fahrmodi des Fahrzeugs variiert werden, von denen einige je nach Betriebsart oder Fahrbedingungen häufigere HoD-Sensor-Messungen erfordern können.
Es versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an der hier beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Heizelements für ein Fahrzeuglenkrad und einen Hands-On-Erkennungssensor zur Bestimmung, wann ein Benutzer das Lenkrad berührt, wobei das Verfahren das Steuern sowohl des Heizelements als auch des HoD-Sensors durch einen oder mehrere Zyklen umfasst, wobei jeder Zyklus eine Heizperiode und eine Erfassungsperiode umfasst, wobei: während der Heizperiode das Heizelement aktiviert und der HoD-Sensor deaktiviert wird; und während des Erfassungszeitraums das Heizelement deaktiviert und der HoD-Sensor aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend eine Verzögerungsperiode zwischen der Heizperiode und der Erfassungsperiode, wobei während der Verzögerungsperiode das Heizelement deaktiviert und der HoD-Sensor deaktiviert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Heizelement während der Heizperiode unter Verwendung eines Arbeitszyklus gesteuert wird, der einen oder mehrere EIN-Bereiche und einen oder mehrere AUS-Bereiche umfasst; optional umfasst das Tastverhältnis ein Pulsweitenmodulationssignal.
Verfahren nach Anspruch 3, umfassend einen Aufwärmmodus, in dem die Gesamtdauer des einen oder der mehreren EIN-Bereiche größer ist als die Gesamtdauer des einen oder der mehreren AUS-Bereiche, und einen Erhaltungsmodus, in dem die Gesamtdauer des einen oder der mehreren EIN-Bereiche kleiner oder gleich der Gesamtdauer des einen oder der mehreren AUS-Bereiche ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Betriebsart in Reaktion auf ein gemessenes Temperatursignal ausgewählt wird, das mindestens eine der folgenden Größen anzeigt: Umgebungstemperatur, Temperatur im Fahrzeuginnenraum und/oder Lenkradkranztemperatur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die Mittelung eines Signals des HoD-Sensors während der Erfassungsperiode; gegebenenfalls mit einer Mittelwertbildung des Signals des HoD-Sensors über mehr als einen Zyklus.
Lenkrad-Funktionssteuergerät für ein Fahrzeuglenkrad mit einem Heizelement und einem Hands-On-Detection (HoD)-Sensor zur Bestimmung, wann ein Benutzer das Lenkrad berührt, die Lenkradfunktionssteuerung Steuermittel umfasst, die so angeordnet sind, dass sie sowohl das Heizelement als auch den HoD-Sensor durch einen oder mehrere Zyklen steuern, wobei jeder Zyklus eine Heizperiode und eine Erfassungsperiode umfasst, wobei: während der Heizperiode schaltet das Steuermittel das Heizelement ein und den HoD-Sensor aus; während des Erfassungszeitraums schaltet das Steuermittel das Heizelement aus und aktiviert den HoD-Sensor.
Lenkrad-Funktionssteuergerät nach Anspruch 7, wobei der Zyklus eine Verzögerungsperiode zwischen der Heizperiode und der Erfassungsperiode umfasst, und während der Verzögerungsperiode die Steuereinrichtung das Heizelement deaktiviert und den HoD-Sensor deaktiviert.
Lenkrad-Funktionssteuergerät nach Anspruch 8, wobei das Steuermittel so angeordnet ist, dass es das Heizelement unter Verwendung einer PWM-Steuerung steuert und, wenn das Heizelement aktiviert ist, das Steuermittel so konfiguriert ist, dass es die dem Heizelement zugeführte Leistung in Form eines EIN-Bereichs und eines AUS-Bereichs eines Arbeitszyklus steuert, wobei das Verhältnis zwischen der Dauer des EIN-Bereichs und der Dauer des AUS-Bereichs durch das Steuermittel gesteuert wird.
Lenkrad-Funktionssteuergerät nach Anspruch 9, wobei das von der Steuereinrichtung gesteuerte Verhältnis zwischen EIN und AUS so eingerichtet ist, dass das Heizelement in verschiedenen Betriebsmodi betrieben wird, wobei die Betriebsmodi einen Aufwärmmodus und einen Temperaturerhaltungsmodus umfassen, wobei das Verhältnis der EIN-Dauer zur AUS-Dauer im Aufwärmmodus größer ist als im Temperaturerhaltungsmodus.
Lenkrad-Funktionssteuergerät nach Anspruch 10, umfassend einen Temperatursignaleingang , wobei das Steuermittel so eingerichtet ist, dass es den Betriebsmodus des Heizelements in Abhängigkeit von dem Temperatursignal steuert, und wobei das gemessene Temperatursignal mindestens eines der folgenden Elemente anzeigt: eine Lenkradkranztemperatur, eine Umgebungstemperatur und eine Fahrzeuginsassenraumtemperatur.
Lenkrad-Funktionssteuergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Steuermittel so konfiguriert ist, dass es eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des AUS-Bereichs der dem Heizelement zugeführten Energie und der Aktivierung des HoD-Sensors sowie zwischen der Deaktivierung des HoD-Sensors und dem Beginn des EIN-Bereichs der dem Heizelement zugeführten Energie implementiert; optional ist die Dauer der Zeitverzögerung so ausgelegt, dass sie die Latenz zwischen der Reaktion des Heizelements auf die Steuereinrichtung und der Reaktion des HoD-Sensors auf das Heizelement und die Steuereinrichtung ausgleicht.
Lenkrad-Funktionssteuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei bei Aktivierung des HoD-Sensors die Steuereinrichtung eine gleitende Durchschnittsberechnung eines Ausgangssignals des HoD-Sensors durchführt, wobei das Ergebnis des gleitenden Durchschnitts in einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert wird, wenn der HoD-Sensor deaktiviert ist, und das gespeicherte Ergebnis des gleitenden Durchschnitts von der Steuereinrichtung als Ausgangspunkt der gleitenden Durchschnittsberechnung bei einer nachfolgenden Aktivierung des HoD-Sensors verwendet wird.
Lenkrad-Funktionssteuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei das Steuermittel ein Heizelement-Steuergerät umfasst, das so angeordnet ist, dass es den Betrieb des Heizelements steuert, und ein HoD-Sensor-Steuergerät, das so angeordnet ist, dass es den Betrieb des HoD-Sensors steuert, wobei das Heizelement-Steuergerät und das HoD-Sensor-Steuergerät jeweils so angeordnet sind, dass sie Statussignale ausgeben, die ihre jeweiligen Zustände über einen gemeinsamen Datenbus anzeigen, und wobei die Aktivitäten des Heizelement-Steuergeräts und des HoD-Sensor-Steuergeräts mit einer Kommunikationskadenz synchronisiert sind, die über den Datenbus übermittelt wird.
Fahrzeug mit einem Lenkrad-Funktionssteuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 14.