EP4569619A1 - Vorrichtung zur fehlersicheren berührungserkennung - Google Patents

Vorrichtung zur fehlersicheren berührungserkennung

Info

Publication number
EP4569619A1
EP4569619A1 EP24700205.8A EP24700205A EP4569619A1 EP 4569619 A1 EP4569619 A1 EP 4569619A1 EP 24700205 A EP24700205 A EP 24700205A EP 4569619 A1 EP4569619 A1 EP 4569619A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
path
values
sensor
measuring path
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700205.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bufe
Lisa Schäfer
Robert HAGGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
Publication of EP4569619A1 publication Critical patent/EP4569619A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/960745—Capacitive differential; e.g. comparison with reference capacitance

Definitions

  • the invention relates to a device for the fail-safe detection of a contact with a surface, in particular a surface of a steering handle of a vehicle.
  • touch detection systems are often based on a change in capacitance or impedance on an electrical conductor through which current flows, caused by the touch.
  • the problem here is that the sensor which detects the capacitance or impedance changes, or a measuring path of the sensor, is also subject to interference, so that the measurement and thus the determination of the touch detection can be falsified.
  • Such interference or disturbances can be, for example, electromagnetic fields, fluctuations in the vehicle electrical system or fluctuations in the supply voltage or other fluctuating environmental influences, such as humidity or temperature.
  • the documents DE 10 2014 117 821 A1, DE 11 2017 000 507 T5, EP 3 227 161 B1 and EP 3 227 163 B1 teach the use of a measuring circuit and a reference circuit, which together serve to detect a contact on a steering handle of a motor vehicle.
  • devices are mostly based on the fact that the evaluation of the reference circuit must be carried out before or after the actual touch detection, which is time-consuming and still allows errors during the actual touch detection, in particular errors due to interference with fluctuating disturbance variables.
  • the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and of providing a device and in particular a steering handle on and with which a touch by a user can be detected essentially free from interference.
  • a device for the fail-safe detection of contact with a surface, the surface being in particular the surface of a steering handle of a vehicle.
  • the device has a primary sensor with at least one measuring path formed by a functional conductor, which is assigned to an area of the surface, a reference sensor with at least one reference path and an evaluation device connected to the primary sensor and the reference sensor in terms of signal technology.
  • each measuring path is assigned at least one reference path, which is preferably designed as a copy of the measuring path.
  • copy is understood to mean that the reference path has as identical and in particular identical physical properties as the respectively assigned measuring path, so that disturbances have an essentially identical effect on the measuring path and the reference path.
  • the length, dimensions and course of the reference path and the measuring path are accordingly as identical as possible and preferably identical, with the reference path being arranged at a distance from the measuring path.
  • the primary sensor is designed to record impedance and/or capacitance changes that are caused or can be caused by touching the area of the surface or by interference on the measuring path as measured values.
  • the reference sensor is designed to record impedance and/or capacitance changes that are caused or can be caused exclusively by interference on the reference path as reference values. Touching the surface therefore has no influence on the reference sensor or its reference path and in particular does not cause any impedance and/or capacitance changes on the reference path.
  • the evaluation device is designed to determine values adjusted for interference from measured values and reference values, from which it can be determined whether the surface or the area of the surface assigned to the measuring path is touched.
  • the basic inventive idea is to evaluate two essentially identical paths (measurement path and reference path) using sensors, whereby disturbances or interferences have essentially the same effect on both paths, but a touch by a user only affects one path (measurement path). Accordingly, the signal of the measurement path can be cleaned of the interferences and their size (disturbance) by subtracting the signal of the reference path, for example, so that a signal or a value cleaned of the interferences is available. The cleaned value can then be determined, for example, by comparing it with a threshold value regarding touch detection.
  • each measurement path preferably exactly one reference path is assigned to a measurement path.
  • several measurement paths that are identical can be assigned at least one common and in particular a single common reference path, so that one reference path can be assigned to a measurement path but several measurement paths can be assigned to a reference path.
  • their reference values can be processed together beforehand, for example by forming an average value, before the adjusted values are determined from the processed values and the measured values.
  • the at least one measuring path consists of exactly one functional conductor.
  • a respective reference path can additionally have a capacitance or a capacitor, but otherwise preferably consists of just one reference conductor, which in particular is not a functional conductor, since the reference conductor preferably has identical properties to the functional conductor, but does not serve as a heating wire.
  • the functional conductor can be designed to simultaneously serve as a heating wire for heating the surface.
  • the functional conductor of the measuring path can be alternately connected to a sensor control for detecting contact with the surface and a heating control for heating the surface.
  • an advantageous variant provides that the reference sensor has a reference capacitance for each reference path, which corresponds to the capacitance that can be measured with the measuring path belonging to the respective reference path when the area of the surface to which the measuring path is assigned is contact-free.
  • the reference capacitance can, for example, be connected to the reference path and to a mass which in particular corresponds to a mass of the reference path.
  • the primary sensor can have two switches for each measuring path, between which the measuring path extends and by means of which the measuring path can be completely decoupled from a voltage source and/or ground.
  • the measuring path can also be electrically connected to the heating control system by means of the switches.
  • the reference sensor can also have two switches for each reference path, between which the reference path extends and by means of which the respective reference path can be completely decoupled from a voltage source and ground.
  • the reference path or the reference sensor is decoupled from the voltage source and/or the earthing with which in particular the measuring path or the primary sensor is contacted.
  • a second or separate voltage source (stabilized power supply, battery or accumulator) can be provided for the reference sensor or the reference path, whereby this can be charged or supplied via the voltage source of the primary sensor.
  • the evaluation device is designed to perform a subtraction, a vectorial subtraction traction, and/or to carry out an absolute value comparison of measured values and reference values or of values based thereon, such as an impedance determined therefrom, in order to determine the adjusted value.
  • a further aspect of the invention relates to a steering handle with a device according to the invention.
  • the steering handle has a surface which is divided into several areas. Furthermore, each area is assigned a measuring path.
  • the surface of the steering handle is understood to be in particular the part of the surface which is gripped by a user during intended use.
  • the surface can have a first (visible side) area which faces the user and a second (rear side) area which faces away from the user.
  • a distinction can be made as to whether the user's hand is resting on the visible side or the rear side of the steering handle.
  • the reference paths corresponding to the measuring paths can be arranged in the steering handle itself, whereby they are arranged in such a way that they are not grasped or cannot be grasped by the user during the intended use of the steering handle.
  • the reference paths can be arranged in this area, as this is usually only touched by the user in rare cases. If the user activates the signal horn, this can be detected by a corresponding sensor, which is independent of the primary or reference sensor, and taken into account by the evaluation device. Alternatively, the reference paths can also be shielded by material in such a way that touching adjacent to the reference paths has no influence on these.
  • a further aspect of the invention also relates to a method for fail-safe touch detection of a surface with a device according to the invention or a steering handle according to the invention.
  • the method comprises the following steps: a. Recording the measured values with the primary sensor, i.e. in particular recording the measured values on the at least one measuring path and preferably simultaneously recording the reference values with the reference sensor, i.e. in particular recording the reference values on the at least one reference path; b. Calculating the complex impedance of the at least one measuring path from the measured values and the complex impedance of the at least one reference path from the reference values; c. Determining adjusted values from the complex impedance of the at least one measuring path and the complex impedance of the at least one reference path; d. Comparing the adjusted values with a threshold value above which contact with the surface is assumed.
  • the adjusted values in step c. are determined by subtraction or by vectorial subtraction of the complex impedance of the reference path from the complex impedance of the measuring path or by comparing their absolute values.
  • noise in the reference values can be determined, especially before step b.
  • the noise is compared with a noise threshold value. If the noise exceeds the noise threshold value, an error is then detected or assumed, ie the noise or its noise value is checked for plausibility. This error or the plausibility of the noise can be used in the further evaluation. taken into account, stored and/or displayed.
  • the noise can be determined by determining the standard deviation and/or the variance of the reference values.
  • the evaluation device is preferably designed to carry out the steps of the method and/or the determination and plausibility check of the noise.
  • Fig. 1 shows a device for the fail-safe detection of a contact with a surface
  • Fig. 2 a procedure for determining a touch.
  • Figure 1 shows a schematic device 1 for detecting a touch on a surface, which is preferably the surface of a steering handle of a vehicle.
  • the surface has or corresponds to an area 2, wherein the area 2 or the surface of the steering handle is to be monitored for a touch by the user U.
  • the measuring path 11 of the primary sensor 10 is assigned to this area 2, so that a touch of the area 2 causes a change in the capacitance and the Impedance on the measuring path 11, which can be detected by the primary sensor 10.
  • the surface can also have several areas 2, in which case each area 2 would be assigned a primary sensor 10 with at least one measuring path 11.
  • the device 1 has a reference sensor 20 with a reference path 21.
  • the reference sensor 20 also has a reference capacitance 22 with a capacitance Cp e f which corresponds to the rest capacitance Csen of the measuring path 11.
  • a touch by the user U only leads to a change in the capacitance or impedance on the measuring path 11, but not on the reference path 21.
  • Interference on the other hand, essentially affects both the measuring path 11 and the reference path 21.
  • Isolated interference or disturbances can also affect the reference path 21.
  • several reference paths 21 can be provided, which can be arranged at a distance from one another, although this is not shown here for the sake of clarity.
  • the primary sensor 10 has a sensor control 15 for determining the measured values X and the reference sensor 20 has a sensor control 25 for determining the reference values Y, which are integrated together with the evaluation device 30 in a common electronic unit 40 but can also be designed separately from one another and only connected to one another in terms of signaling.
  • the sensor control 15 of the primary sensor 10 and the sensor control 25 of the reference sensor 20 determine the capacitance and/or the impedance on the measuring path 11 or on the reference path 21 as part of the touch detection.
  • the measured value X and the reference value Y or values determined therefrom are passed on to the evaluation device 30, which then determines adjusted values Z from these, from which it can be reliably determined whether the area 2 is touched by the user U.
  • the measuring path 11 and the reference path 21 each extend between two switches 13, 14, 23, 24, by which the respective path can be completely activated.
  • the measuring path 11 can be connected to ground or GND and via a contact 16 preferably to a (first) voltage source (not shown).
  • the reference path 21 can be further connected to the ground or GND of the measuring path 11 or preferably completely decoupled from the ground or GND of the measuring path 11 and the (first) voltage source of the measuring path 11 and connected, for example, via a contact 26 to a separate (second) voltage source (also not shown here) and a correspondingly separate ground.
  • the entire reference sensor 20 can in particular have a capacitance Cpar, which can be correspondingly detected as a reference value.
  • Figure 2 shows an exemplary method, which is based on a flow chart, for determining the adjusted values Z and a touch detection based on them.
  • the procedure includes the following steps:
  • steps A and F are carried out by the respective sensor 10, 20 and steps B to E and G to I are carried out by or through the evaluation device 30, which is designed accordingly for this purpose.

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur fehlersicheren Erkennung einer Berührung einer Oberfläche, mit einem Primärsensor (10) mit zumindest einem durch einen Funktionsleiter gebildeten Messpfad (11), welcher einem Bereich (2) der Oberfläche zugeordnet ist, einem Referenzsensor (20) mit zumindest einem Referenzpfad (21) sowie einer signaltechnisch mit dem Primärsensor (10) und dem Referenzsensor (20) verbundenen Auswertevorrichtung (30), wobei jedem Messpfad (11) zumindest ein Referenzpfad (21) zugeordnet ist, wobei der Primärsensor (10) ausgebildet ist, Impedanz- und/oder Kapazitätsänderungen, welche durch eine Berührung des Bereichs (2) der Oberfläche oder durch Störeinflüsse an dem Messpfad (11) hervorrufbar sind, als Messwerte (X) zu erfassen, und der Referenzsensor (20) ausgebildet ist, Impedanz- und/oder Kapazitätsänderungen, welche ausschließlich durch Störeinflüsse an dem Referenzpfad (21) hervorrufbar sind, als Referenzwerte (Y) zu erfassen, und wobei die Auswertevorrichtung (30) ausgebildet ist, aus Messwerten (X) und Referenzwerten (Y) um die Störeinflüsse bereinigte Werte (Z) zu bestimmen, aus welchen bestimmbar ist, ob die Oberfläche berührt wird.

Description

Vorrichtung zur fehlersicheren Berührungserkennung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur fehlersicheren Erkennung einer Berührung einer Oberfläche, insbesondere einer Oberfläche einer Lenkhandhabe eines Fahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Oberflächen sowie Lenk- handhaben bekannt, an welchen eine Berührung erfasst werden soll.
Diese Systeme zur Berührungserkennung basieren oftmals auf einer durch die Berührung bedingten Kapazitäts- bzw. Impedanzänderung an einem stromdurchflossenen elektrischen Leiter. Hierbei ist jedoch problematisch, dass auf den Sensor, welcher die Kapazi- täts- bzw. Impedanzänderungen erfasst, bzw. auf einen Messpfad des Sensors auch Störeinflüsse wirken, sodass die Messung und damit die Bestimmung der Berührungserkennung verfälscht werden kann.
Solche Störeinflüsse bzw. Störgrößen können beispielsweise elektromagnetische Felder, Schwankungen im Bordnetz bzw. Schwankungen der Versorgungsspannung oder andere schwankende Umwelteinflüsse, wie Luftfeuchtigkeit oder Temperatur, sein.
Entsprechend kann es dazu kommen, dass Berührungen erkannt werden, obwohl keine Berührung der Oberfläche stattfindet oder umgekehrt, keine Berührung erkannt wird, obwohl die Oberfläche von einem Nutzer berührt wird.
Dies ist besonders dann nachteilhaft, wenn die Berührungserkennung für Sicherheitsfunktionen genutzt wird, wie es beispielsweise in modernen Fahrzeugen verbreitet ist. So ist in Fahrzeugen beispielsweise eine Handerkennung an der Lenkhandhabe zu nennen, welche zum Zeitpunkt der Anmeldung oftmals für die Nutzung von autonomem bzw. automatisiertem Fahren vorgeschrieben ist.
Es ist daher wünschenswert, die Berührungserkennung zu verbessern und entsprechend robuster und weniger anfällig für Fehler auszugestalten.
Hierzu sind aus dem Stand der Technik bereits verschiedene Ansätze bekannt, welche jedoch teils weiter verbesserungsbedürftig sind.
Beispielsweise lehren die Schriften DE 10 2014 117 821 A1 , DE 11 2017 000 507 T5, EP 3 227 161 B1 und EP 3 227 163 B1 die Verwendung einer Messschaltung und einer Referenzschaltung, welche gemeinsam dem Erfassen einer Berührung an einer Lenkhandhabe eines Kraftfahrzeugs dienen. Diese Vorrichtungen basieren jedoch zumeist darauf, dass vor oder nach der eigentlichen Berührungserfassung die Auswertung der Referenzschaltung erfolgen muss, was zeitaufwändig ist und während der eigentlichen Berührungserkennung weiterhin Fehler, insbesondere Fehler durch Störeinflüsse mit schwankender Störgröße, zulässt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung sowie insbesondere eine Lenkhandhabe bereitzustellen, an und mit welcher eine Berührung durch einen Nutzer im Wesentlichen frei von Störeinflüssen erfasst werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung zur fehlersicheren Erkennung einer Berührung einer Oberfläche vorgeschlagen, wobei es sich bei der Oberfläche insbesondere um die Oberfläche einer Lenkhandhabe eines Fahrzeugs handelt. Die Vorrichtung weist einen Primärsensor mit zumindest einem durch einen Funktionsleiter gebildeten Messpfad, welcher einem Bereich der Oberfläche zugeordnet ist, einen Referenzsensor mit zumindest einem Referenzpfad sowie eine signaltechnisch mit dem Primärsensor und dem Referenzsensor verbundene Auswertevorrichtung auf. Erfindungswesentlich ist vorgesehen, dass jedem Messpfad zumindest ein Referenzpfad zugeordnet ist, welcher vorzugsweise als Kopie des Messpfades ausgebildet ist. Dabei wird unter dem Begriff „Kopie“ verstanden, dass der Referenzpfad möglichst identische und insbesondere identische physikalische Eigenschaften wie der jeweils zugeordnete Messpfad aufweist, sodass Störgrößen im Wesentlichen identisch auf Messpfad und Referenzpfad wirken. Beispielsweise Länge, Abmessungen und Verlauf des Referenzpfads und des Messpfads sind entsprechend möglichst identisch und vorzugsweise identisch, wobei der Referenzpfad beabstandet zu dem Messpfad angeordnet ist. Um Berührungen der Oberfläche erfassen zu können, ist der Primärsensor ausgebildet, Impedanz- und/oder Kapazitätsänderungen, welche durch eine Berührung des Bereichs der Oberfläche oder durch Störeinflüsse an dem Messpfad hervorgerufen werden bzw. hervorrufbar sind, als Messwerte zu erfassen. Im Gegensatz dazu ist der Referenzsensor ausgebildet, Impedanz- und/oder Kapazitätsänderungen, welche ausschließlich durch Störeinflüsse an dem Referenzpfad hervorgerufen werden bzw. hervorrufbar sind, als Referenzwerte zu erfassen. Eine Berührung der Oberfläche hat entsprechend keinen Einfluss auf den Referenzsensor bzw. dessen Referenzpfad und ruft insbesondere keine Impedanz- und/oder Kapazitätsänderungen an dem Referenzpfad hervor. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Abschirmung und/oder Anordnung des Referenzpfads sichergestellt werden, welcher in einem einfachen Fall so angeordnet ist, dass eine Berührung der Oberfläche oder zumindest eine Berührung des dem Messpfad zugeordneten Bereichs der Oberfläche nicht zu einer Impedanz- und/oder Kapazitätsänderung in bzw. an dem Referenzpfad führt. Weiter ist die Auswertevorrichtung ausgebildet, aus Messwerten und Referenzwerten um die Störeinflüsse bereinigte Werte zu bestimmen, aus welchen bestimmbar ist, ob die Oberfläche bzw. der Bereich der Oberfläche, der dem Messpfad zugeordnet ist, berührt wird.
Die grundlegende erfinderische Idee ist es also, zwei im Wesentlichen identische Pfade (Messpfad und Referenzpfad) sensorisch auszuwerten, wobei Störgrößen bzw. Störeinflüsse im Wesentlichen identisch auf beide Pfade wirken aber eine Berührung durch einen Nutzer nur auf einen Pfad (Messpfad) wirkt. Entsprechend lässt sich das Signal des Messpfades beispielsweise durch Subtraktion des Signals des Referenzpfades um die Störeinflüsse und deren Größe (Störgröße) bereinigen, sodass ein um die Störgrößen bereinigtes Signal bzw. ein um die Störgrößen bereinigter Wert vorliegt. Der bereinigte Wert kann dann beispielsweise durch Vergleich mit einem Schwellwert bezüglich einer Berührungserkennung ausgewertet werden.
Obwohl zur Verbesserung der Auswertung jedem Messpfad mehrere Referenzpfade zugeordnet sein können, ist vorzugsweise einem Messpfad genau ein Referenzpfad zugeordnet. Dabei gilt jeweils, dass mehreren Messpfaden, welche identisch ausgebildet sind, zumindest ein gemeinsamer und insbesondere ein einziger gemeinsamer Referenzpfad zugeordnet sein kann, sodass einem Messpfad ein Referenzpfad aber einem Referenzpfad mehrere Messpfade zugeordnet sein können. Sind mehrere Referenzpfade einem Messpfad zugeordnet, können deren Referenzwerte zuvor miteinander beispielsweise durch Bildung eines Durchschnittswertes verarbeitet werden, bevor aus den verarbeiteten Werten und den Messwerten die bereinigten Werte bestimmt werden.
Vorzugsweise besteht der zumindest eine Messpfad jeweils aus genau einem Funktionsleiter. Wie im Weiteren noch erläutert, kann ein jeweiliger Referenzpfad zusätzlich eine Kapazität bzw. einen Kondensator aufweisen, besteht ansonsten vorzugsweise jedoch auch lediglich aus genau einem Referenzleiter, bei welchem es sich insbesondere nicht um einen Funktionsleiter handelt, da der Referenzleiter zwar vorzugsweise identische Eigenschaften des Funktionsleiters besitzt, aber nicht als Heizdraht dient.
Weiter kann der Funktionsleiter ausgebildet sein, zugleich als Heizdraht zur Beheizung der Oberfläche zu dienen. Hierfür kann der Funktionsleiter des Messpfades wechselweise mit einer Sensorsteuerung zur Erkennung einer Berührung der Oberfläche und einer Heizungssteuerung zur Beheizung der Oberfläche verbunden werden.
Um feste Einflüsse auf den Messpfad und insbesondere die an dem Messpfad messbare Kapazität, wie diese sich beispielsweise durch die konkrete Einbausituation des Messpfades ergeben, auch an dem Referenzsensor bzw. dem Referenzpfad berücksichtigten zu können, sieht eine vorteilhafte Variante vor, dass der Referenzsensor je Referenzpfad eine Referenzkapazität aufweist, welche der Kapazität entspricht, die mit dem zu dem jeweiligen Referenzpfad gehörenden Messpfad messbar ist, wenn der Bereich der Oberfläche, dem der Messpfad zugeordnet ist, berührungsfrei ist.
Die Referenzkapazität kann dabei beispielsweise mit dem Referenzpfad und mit einer Masse verbunden sein, welche insbesondere einer Masse des Referenzpfads entspricht.
Zudem kann der Primärsensor je Messpfad zwei Schalter aufweisen, zwischen welchen sich der Messpfad erstreckt und durch welche der Messpfad vollständig von einer Spannungsquelle und/oder einer Erdung abkoppelbar ist. Weiter kann der Messpfad durch die Schalter auch elektrisch mit der Heizungssteuerung verbindbar sein. Zusätzlich oder alternativ dazu, kann auch der Referenzsensor je Referenzpfad zwei Schalter aufweisen, zwischen welchen sich der Referenzpfad erstreckt und durch welche der jeweilige Referenzpfad vollständig von einer Spannungsquelle und einer Erdung abkoppelbar ist.
Vorzugsweise ist der Referenzpfad bzw. der Referenzsensor von der Spannungsquelle und/oder der Erdung, mit welchen insbesondere der Messpfad bzw. der Primärsensor kontaktiert ist entkoppelt.
Für den Referenzsensor bzw. den Referenzpfad kann eine zweite bzw. separate Spannungsquelle (stabilisiertes Netzteil, Batterie oder Akkumulator) vorgesehen sein, wobei diese über die Spannungsquelle des Primärsensors geladen oder versorgt werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht zudem vor, dass die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, eine Subtraktion, eine vektorielle Sub- traktion, und/oder einen Betragswertvergleich von Messwerten und Referenzwerten oder von darauf basierenden Werten, wie beispielsweise einer daraus bestimmten Impedanz durchzuführen, um dadurch den bereinigten Wert zu bestimmen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkhandhabe mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Lenkhandhabe weist eine Oberfläche auf, welche in mehrere Bereiche geteilt ist. Ferner ist jedem Bereich jeweils ein Messpfad zugeordnet. Als Oberfläche der Lenkhandhabe wird dabei insbesondere der Teil der Oberfläche verstanden, welcher im bestimmungsgemäßen Gebrauch von einem Nutzer gegriffen wird. Beispielsweise kann die Oberfläche einen ersten (sichtseitigen) Bereich aufweisen, welcher dem Nutzer zugewandt ist, und einen zweiten (rückseitigen) Bereich, welcher von dem Nutzer abgewandt ist. Abhängig davon, ob eine Berührung in dem ersten Bereich oder dem zweiten Bereich erkannt wird, kann unterschieden werden, ob die Hand des Nutzers an der Sichtseite oder Rückseite der Lenkhandhabe aufliegt.
Die zu den Messpfaden korrespondierenden Referenzpfade können dabei in der Lenkhandhabe selbst angeordnet sein, wobei diese so angeordnet sind, dass sie im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Lenkhandhabe nicht von dem Nutzer gegriffen werden oder nicht greifbar sind.
Weißt die Lenkhandhabe beispielsweise einen Bereich zum Auslösen des Signalhorns (Hupe) auf, können die Referenzpfade in diesem Bereich angeordnet sein, da dieser von dem Nutzer für gewöhnlich nur in seltenen Fällen berührt wird. Sollte der Benutzer das Signalhorn betätigen, kann dies durch einen entsprechenden Sensor, welcher von dem Primär- oder Referenzsensor unabhängig ist, detektiert und durch die Auswertevorrichtung berücksichtigt werden. Alternativ können die Referenzpfade auch so von Material abgeschirmt sein, dass eine Berührung angrenzend an die Referenzpfade keinen Einfluss auf diese hat.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur fehlersicheren Berührungserkennung einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer erfindungsgemäßen Lenkhandhabe. Das Verfahren umfasst hierfür die folgenden Schritte: a. Erfassen der Messwerte mit dem Primärsensor d.h. insbesondere Erfassen der Messwerte an dem zumindest einen Messpfad und vorzugsweise zeitgleich Erfassen der Referenzwerte mit dem Referenzsensor d.h. insbesondere Erfassen der Referenzwerkte an dem zumindest einen Referenzpfad; b. Berechnen der komplexen Impedanz des zumindest einen Messpfads aus den Messwerten und der komplexen Impedanz des zumindest einen Referenzpfads aus den Referenzwerten; c. Bestimmen bereinigter Werte aus der komplexen Impedanz des zumindest einen Messpfads und der komplexen Impedanz des zumindest einen Referenzpfads; d. Vergleich der bereinigten Werte mit einem Schwellwert, ab welchem eine Berührung der Oberfläche angenommen wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die bereinigten Werte in Schritt c. durch Subtraktion oder durch vektorielle Subtraktion der komplexen Impedanz des Referenzpfads von der komplexen Impedanz des Messpfads oder durch Vergleich deren Betragswerte bestimmt werden.
Zudem kann insbesondere vor Schritt b. ein Rauschen der Referenzwerte bestimmt werden. Das Rauschen wird hierbei mit einem Rausch-Schwellwert verglichen. Bei einem Übersteigen bzw. Überschreiten des Rauschens über den Rausch-Schwellwert wird dann ein Fehler erkannt bzw. angenommen, d.h. das Rauschen bzw. dessen Rauschwert plausibilisiert. Dieser Fehler bzw. die Plausibilisierung des Rauschens kann in der weiteren Auswertung berücksichtigt, gespeichert und/oder angezeigt werden.
Das Rauschen kann durch Bestimmung der Standardabweichung und/oder der Varianz der Referenzwerte bestimmt werden.
Dabei ist vorzugsweise die Auswertevorrichtung ausgebildet, die Schritte des Verfahrens und/oder die Bestimmung und Plausibilisierung des Rauschens durchzuführen.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur fehlersicheren Erkennung einer Berührung einer Oberfläche;
Fig. 2 ein Ablauf zur Bestimmung einer Berührung.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
In Figur 1 ist eine schematische Vorrichtung 1 zur Erkennung einer Berührung einer Oberfläche dargestellt, wobei es sich vorzugsweise um die Oberfläche einer Lenkhandhabe eines Fahrzeugs handelt. Beispielhaft weist die Oberfläche einen Bereich 2 auf bzw. entspricht diesem, wobei der Bereich 2 bzw. die Oberfläche der Lenkhandhabe auf eine Berührung durch den Nutzer U überwacht werden soll.
Diesem Bereich 2 ist der Messpfad 11 des Primärsensors 10 zugeordnet, sodass eine Berührung des Bereichs 2 eine Änderung der Kapazität und der Impedanz an dem Messpfad 11 bewirkt, welche durch den Primärsensor 10 erfassbar ist.
Die Oberfläche kann auch mehrere Bereiche 2 aufweisen, wobei dann jedem Bereich 2 ein Primärsensor 10 mit je zumindest einem Messpfad 11 zugeordnet wäre.
Berührt der Nutzer U die Oberfläche bzw. den Bereich 2 der Oberfläche nicht, stellt sich an dem Messpfad 11 eine Ruhekapazität von Csen ein.
Zusätzlich weist die Vorrichtung 1 einen Referenzsensor 20 mit einem Referenzpfad 21 auf. Um die Einbausituation des Messpfades 11 zu berücksichtigen, weist der Referenzsensor 20 ferner eine Referenzkapazität 22 mit einer Kapazität Cpef auf, welche der Ruhekapazität Csen des Messpfades 11 entspricht.
Sind mehrere Primärsensoren 10 und Referenzsensoren 20 vorhanden, können diese signaltechnisch mit einer gemeinsamen Auswertevorrichtung 30 verbunden sein.
Eine Berührung des Nutzers U führt entsprechend nur an dem Messpfad 11 , nicht aber an dem Referenzpfad 21 zu einer Änderung der Kapazität bzw. Impedanz. Störeinflüsse wirken hingegen im Wesentlichen sowohl auf den Messpfad 11 als auch auf den Referenzpfad 21 .
Vereinzelte Störeinflüsse bzw. Störgrößen können auch auf den Referenzpfad 21 wirken. Zur Kompensation bzw. Erfassung und Berücksichtigung zumindest eines Teils solcher auf den Referenzpfad 21 wirkender Störeinflüsse, können mehrere Referenzpfade 21 vorgesehen sein, welche voneinander beabstandet angeordnet sein können, was jedoch vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Der Primärsensor 10 weist zur Bestimmung der Messwerte X eine Sensorsteuerung 15 und der Referenzsensor 20 zur Bestimmung der Referenzwerte Y eine Sensorsteuerung 25 auf, welche vorliegend gemeinsam mit der Auswertevorrichtung 30 in einer gemeinsamen Elektronikeinheit 40 integriert sind aber auch getrennt voneinander ausgebildet und lediglich signaltechnisch miteinander verbunden sein können.
Die Sensorsteuerung 15 des Primärsensors 10 und die Sensorsteuerung 25 des Referenzsensors 20 ermitteln im Rahmen der Berührungserkennung die Kapazität und/oder die Impedanz an dem Messpfad 11 bzw. an dem Referenzpfad 21 . Der Messwert X und der Referenzwert Y oder daraus bestimmte Werte werden an die Auswertevorrichtung 30 weitergegeben, welche dann aus diesen bereinigte Werte Z bestimmt, aus welchen sich fehlersicher bestimmen lässt, ob der Bereich 2 durch den Nutzer U berührt wird.
Der Messpfad 11 und der Referenzpfad 21 erstrecken sich jeweils zwischen zwei Schaltern 13, 14, 23, 24, durch welche der jeweilige Pfad vollständig freischaltbar ist.
Der Messpfad 11 kann dabei mit Masse bzw. GND und über einen Kontakt 16 vorzugsweise mit einer nicht dargestellten (ersten) Spannungsquelle verbunden sein. Der Referenzpfad 21 kann weiter mit der Masse bzw. GND des Messpfads 11 verbunden oder vorzugsweise vollständig von der Masse bzw. GND des Messpfads 11 und der (ersten) Spannungsquelle des Messpfads 11 entkoppelt und beispielsweise über einen Kontakt 26 mit einer separaten (zweiten) und vorliegend ebenfalls nicht dargestellten Spannungsquelle und einer entsprechend separaten Masse verbunden sein.
Weiter kann der gesamte Referenzsensor 20 insbesondere eine Kapazität Cpar aufweisen, welche entsprechend als Referenzwert erfasst werden kann. In Figur 2 ist ein beispielhaftes und in seiner Darstellung an ein Ablaufdiagramm angelehntes Verfahren zur Bestimmung der bereinigten Werte Z und einer darauf basierenden Berührungserkennung dargestellt.
Das Verfahren umfasst die Schritte:
A Ermittlung der Referenzwerte Y mit dem Referenzsensor 20;
B Bestimmen eines Rauschens der Referenzwerte Y;
C Übersteigt das Rauschen einem vorbestimmten Rauschschwellwert?
D falls ja, liegt ein Fehler vor; Speichern, Anzeigen oder Behebung des Fehlers
E falls nein, liegt kein Fehler vor;
F Ermittlung der Messwerte X mit dem Primärsensor 10, vorzugsweise zeitgleich zu Schritt A;
G Berechnung der komplexen Impedanz des Messpfades 11 aus den Messwerten X und der komplexen Impedanz des Referenzpfades 21 aus den Referenzwerten Y;
H Subtraktion der komplexen Impedanz des Referenzpfades 21 von der komplexen Impedanz des Messpfades 11 ;
I Aus der Subtraktion ergibt sich der bereinigte Wert Z aus dessen Übersteigen oder Unterschreiten über einen vorbestimmten Schwellwert auf eine Berührung des Bereichs 2 durch den Nutzer U geschlossen werden kann.
Insbesondere die Schritte A und F werden durch den jeweiligen Sensor 10, 20 sowie die Schritte B bis E und G bis I werden von der bzw. durch die Auswertevorrichtung 30 durchgeführt, welche entsprechend hierzu ausgebildet ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur fehlersicheren Erkennung einer Berührung einer Oberfläche durch einen Nutzer (II) mit einem Primärsensor (10) mit zumindest einem durch einen Funktionsleiter gebildeten Messpfad (11 ), welcher einem Bereich (2) der Oberfläche zugeordnet ist, einem Referenzsensor (20) mit zumindest einem Referenzpfad (21) sowie einer signaltechnisch mit dem Primärsensor (10) und dem Referenzsensor (20) verbundenen Auswertevorrichtung (30), wobei jedem Messpfad (11 ) zumindest ein Referenzpfad (21 ) zugeordnet ist, wobei der Primärsensor (10) ausgebildet ist, Impedanz- und/oder Kapazitätsänderungen, welche durch eine Berührung des Bereichs (2) der Oberfläche oder durch Störeinflüsse an dem Messpfad (11) hervorrufbar sind, als Messwerte (X) zu erfassen, und der Referenzsensor (20) ausgebildet ist, Impedanz- und/oder Kapazitätsänderungen, welche ausschließlich durch Störeinflüsse an dem Referenzpfad (21 ) hervorrufbar sind, als Referenzwerte (Y) zu erfassen, und wobei die Auswertevorrichtung (30) ausgebildet ist, aus Messwerten (X) und Referenzwerten (Y) um die Störeinflüsse bereinigte Werte (Z) zu bestimmen, aus welchen bestimmbar ist, ob die Oberfläche berührt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Funktionsleiter des Messpfades (11 ) mit einer Heizungssteuerung verbindbar und ausgebildet ist, zugleich als Heizdraht zur Beheizung der Oberfläche zu dienen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Referenzsensor (20) je Referenzpfad (21 ) eine Referenzkapazität (22) aufweist, welche der Kapazität entspricht, die mit dem zu dem jeweiligen Referenzpfad (21 ) gehörenden Messpfad (11 ) messbar ist, wenn der Bereich (2) der Oberfläche, dem der Messpfad (11 ) zugeordnet ist, berührungsfrei ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Primärsensor (10) je Messpfad (11 ) zwei Schalter (13, 14) aufweist, zwischen welchen sich der Messpfad (11 ) erstreckt und durch welche der jeweilige Messpfad (11 ) vollständig von einer Spannungsquelle und einer Erdung abkoppelbar ist und/oder der Referenzsensor (20) je Referenzpfad (21 ) zwei Schalter (23, 24) aufweist, zwischen welchen sich der Referenzpfad (21 ) erstreckt und durch welche der jeweilige Referenzpfad (21 ) vollständig von einer Spannungsquelle und einer Erdung abkoppelbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (30) ausgebildet ist, eine Subtraktion, eine vektorielle Subtraktion, und/oder einen Betragswertvergleich von Messwerten (X) und Referenzwerten (Y) oder auf den Messwerten (X) und den Referenzwerten (Y) basierender Werte durchzuführen, um dadurch den bereinigten Wert (Z) zu bestimmen.
6. Lenkhandhabe mit einer Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lenkhandhabe eine Oberfläche aufweist, welche in mehrere Bereiche (2) geteilt ist, wobei jedem der Bereiche (2) jeweils ein Messpfad (11 ) zugeordnet ist.
7. Verfahren zur fehlersicheren Berührungserkennung einer Oberfläche mit einer Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: a. Erfassen der Messwerte (X) mit dem Primärsensor (10) und der Referenzwerte (Y) mit dem Referenzsensor (20); b. Berechnen der komplexen Impedanz des zumindest einen Messpfads (11 ) aus den Messwerten (X) und der komplexen Impedanz des zumindest einen Referenzpfads (21 ) aus den Referenzwerten (Y); c. Bestimmen bereinigter Werte (Z) aus der komplexen Impedanz (X) des zumindest einen Messpfads (11 ) und der komplexen Impedanz (Y) des zumindest einen Referenzpfads (21 ); d. Vergleich der bereinigten Werte (Z) mit einem Schwellwert, ab welchem eine Berührung der Oberfläche angenommen wird.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die bereinigten Werte (Z) in Schritt c. durch Subtraktion oder durch vektorielle Subtraktion der komplexen Impedanz des Referenzpfads (21 ) von der komplexen Impedanz des Messpfads (11 ) oder durch Vergleich deren Betragswerte bestimmt werden.
9. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Rauschen der Referenzwerte (Y) bestimmt wird, das Rauschen mit einem Rausch-Schwellwert verglichen wird und bei einem Übersteigen des Rauschens über den Rausch- Schwellwert ein Fehler erkannt wird.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Schritt, wobei das Rauschen durch Bestimmung der Standardabweichung und/oder der Varianz der Referenzwerte (Y) bestimmt wird.
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