EP4634035A1 - Detektionsvorrichtung für ein lenkrad eines kraftfahrzeugs, lenkrad mit einer detektionsvorrichtung sowie verfahren - Google Patents

Detektionsvorrichtung für ein lenkrad eines kraftfahrzeugs, lenkrad mit einer detektionsvorrichtung sowie verfahren

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Publication number
EP4634035A1
EP4634035A1 EP23820851.6A EP23820851A EP4634035A1 EP 4634035 A1 EP4634035 A1 EP 4634035A1 EP 23820851 A EP23820851 A EP 23820851A EP 4634035 A1 EP4634035 A1 EP 4634035A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering wheel
electrode
detection device
electrodes
information
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
EP23820851.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mohamed Mohamed ELAMIN ELZAIN ELAMIN
Iordanis Tsinistidis
Aasish VALAPPILEKANDI
Benjamin Dietz
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.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren 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 Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP4634035A1 publication Critical patent/EP4634035A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/046—Adaptations on rotatable parts of the steering wheel for accommodation of switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/06—Rims, e.g. with heating means; Rim covers
    • B62D1/065—Steering wheels with heating and ventilating means
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/02—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents in circuits having distributed constants
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • 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
    • H03K2217/960705—Safety of capacitive touch and proximity switches, e.g. increasing reliability, fail-safe
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • 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
    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/96078—Sensor being a wire or a strip, e.g. used in automobile door handles or bumpers

Definitions

  • Detection device for a steering wheel of a motor vehicle steering wheel with a detection device and method
  • the invention relates to a detection device for a steering wheel of a motor vehicle for detecting at least part of a hand in a gripping area of the steering wheel.
  • the invention also relates to a steering wheel with such a detection device and a method for detecting a hand on a steering wheel with such a detection device.
  • a motor vehicle can have a steering wheel in which a detection device is integrated.
  • the detection device is designed to determine whether or not a user of the motor vehicle is currently touching the steering wheel with at least part of a hand or is gripping it with at least one hand.
  • the detection device can therefore provide a hand detection function, which can alternatively be referred to as hands-on detection (HOD).
  • HOD hands-on detection
  • Checking whether the user is touching the steering wheel with at least part of the hand or is gripping the steering wheel with at least one hand can be carried out, for example, in order to determine whether the user is ready to take over manual steering of the motor vehicle again if the steering of the motor vehicle is currently being carried out by an at least partially automatic, in particular fully automatic function, for example a driver assistance system.
  • the user is therefore preferably a driver of the motor vehicle.
  • the detection device can be designed as a capacitive detection device. It typically has a capacitive sensor.
  • the capacitive sensor comprises at least one electrode or group of electrodes.
  • the at least one electrode or group of electrodes can be designed, for example, as a mat that is arranged around a steering wheel skeleton of the steering wheel.
  • a heating function for the steering wheel can also be implemented, for example.
  • the heating function can, for example, specify and implement an increase in the temperature of the steering wheel to a predetermined target temperature.
  • the detection device has, for example, several electrodes, it is typically switched back and forth between them and at a certain point in time it is checked for exactly one of the electrodes whether in its detection range at least part of the user's hand is arranged or not.
  • the detection device has, for example, several different interfaces, whereby one interface per electrode or several interfaces per electrode can be provided. Measurement information is then recorded one after the other at the interfaces. If it is determined for the several interfaces that at least part of the user's hand is arranged in the gripping area of the steering wheel, the hand recognition is assessed as successful, for example.
  • Such a detection device is often not designed to detect only individual fingers in the gripping area of the steering wheel, since the measurement information recorded for each interface in this case can hardly be distinguished from a background, for example due to components of the steering wheel.
  • the detection device should therefore be operated differently in order to be able to detect individual fingers in the gripping area of the steering wheel.
  • a first aspect of the invention relates to a detection device for a steering wheel of a motor vehicle for detecting at least part of a hand in a gripping area of the steering wheel.
  • the detection device can therefore be used to detect whether, for example, a driver of the motor vehicle or another occupant of the motor vehicle is touching the steering wheel with individual fingers of their hand or is gripping it with at least one hand, in particular with both hands.
  • the gripping area is to be understood as a detection area of the detection device, which preferably includes a surface of a steering wheel rim of the steering wheel.
  • the person touching the steering wheel is referred to below as the user.
  • the detection device comprises at least one electrode and/or at least one group of electrodes and a measuring device.
  • the detection device can therefore only have a single electrode.
  • the detection device can comprise several electrodes, i.e. for it to have several individual electrodes, a group of electrodes and/or several groups of electrodes.
  • the measuring device is designed to measure an input and an output of the at least one electrode and/or the at least one group of electrodes in parallel. In the case of parallel measurement, simultaneous measurement takes place. If the detection device comprises the only electrode, the measuring device is designed to measure the input and the output of the only electrode in parallel and thus simultaneously.
  • the measuring device is designed to measure the input and the output of the at least one group of electrodes in parallel and thus simultaneously. This has the effect that a detection sensitivity of the detection device is increased at least for a predetermined period of time.
  • the predetermined period of time is the period of time in which the input and output are measured in parallel.
  • the input and output can be two different ends of the electrode that are arranged at opposite ends of the electrode.
  • the input and output can alternatively be referred to as the first and second interfaces of the at least one electrode or the at least one group of electrodes.
  • an impedance is measured as measurement data or measurement information, the detection device having the measured impedance.
  • the impedance in particular a capacitive component of the impedance, is therefore preferably measured at two different locations within the detection device at the same time.
  • the impedance drops in particular at the input or output of the electrode compared to a reference point of an electronic circuit of the detection device. Since measurements are taken at the input and output simultaneously, measurement data or measurement information recorded at the same time can be evaluated together, so that, for example, a capacitive component of the impedance measured at a certain point in time is essentially measured twice. The total impedance recorded is therefore essentially doubled.
  • essentially means deviations of less than 1 percent, 3 percent, 5 percent, 10 percent, in particular 20 percent between the measurement data or from a doubled value. Because more measurement data or measurement information is available, a weaker signal can be detected than with a detection device that measures the electrode or group of electrodes one after the other and thus serially at the input and output. This means that the desired increase in detection sensitivity is achieved more reliably and easily.
  • a detection device for a steering wheel of a motor vehicle is therefore provided that has a high detection sensitivity.
  • the measuring device is designed to add input information measured during measurement at the input and output information measured during measurement at the output to form a total information. The measuring device is also designed to evaluate the total information to recognize at least part of the hand.
  • the input information and the output information can alternatively be referred to as first interface information or second interface information.
  • first interface information or second interface information For example, if input information of 20 picofarads is measured for a hand grasping the steering wheel during measurement at the input, the total information is essentially 40 picofarads, since the input information or the output information is essentially doubled, since the output information or the input information is also measured and taken into account. This is particularly relevant when only individual fingers touch the steering wheel. For example, input information of 4 picofarads is typically measured for three individual fingers. The total information is then essentially 8 picofarads. This makes it clear that in order to recognize individual fingers of the hand, adding the input information and the output information to the total information helps to recognize them at all. This is reliably achieved by approximately doubling the measurement data or measurement information.
  • the detection device has a first electrode and a second electrode.
  • the measuring device is designed to measure the first electrode as input information and the second electrode as output information. It is therefore not necessary to measure the input and the output of a single electrode, but it is possible for each individual electrode to be measured exactly once and thus provide either the input information or the output information. However, here too, two measurement data or measurement information are recorded in parallel and added together, so that here too an increase in the measurement data or measurement information is achieved. This can be transferred analogously to a first group of electrodes and a second group of electrodes as an alternative or additional design of the detection device.
  • the detection device comprises a plurality of second electrodes.
  • the measuring device is designed to measure the respective second electrode as the respective output information and to combine the input information with the plurality of output information to form the overall information. add. If, for example, more than two electrodes are provided, in particular three or four electrodes, the impedance, in particular the capacitive component of the impedance, can be measured for each of the electrodes at the same time. All measurement data obtained in this way are added together in order to obtain a particularly high overall and thus easily evaluated total information.
  • the detection device described is therefore not limited to exactly one input and output, but can be expanded as desired. It is therefore adaptable to a wide variety of electrode configurations and designs. Alternatively or additionally, it is possible for more than two groups of electrodes to be provided, whereby otherwise the configuration is analogous to that described for several electrodes.
  • a switch is arranged at the input and output, so that the detection device is designed to measure the input and output of the at least one electrode and/or the at least one group of electrodes individually. It can therefore be provided that an electronic switch, in particular a multiplex switch, is provided at least at the input and at the output. This can be controlled in such a way that, for example, only the input information is measured when the switch arranged at the input is closed, whereas no output information is measured if the switch arranged at the output is closed at the same time. Then, for example, when the switch at the output is closed and the switch at the input is open, the output information can be measured individually and thus without input information being measured at the same time.
  • Such individual detection is suitable, for example, for location-dependent measurement of the respective electrode and/or group of electrodes. It is then possible to specifically deduce where part of the hand or the entire hand is located on the steering wheel.
  • the measuring device is designed to measure each electrode and/or group of electrodes individually by appropriately controlling the individual switches and to determine position information by evaluating the measurement data or measurement information acquired in this process.
  • This describes a position of at least part of the Hand in the gripping area of the steering wheel. It is therefore possible, for example, that if the measurement data or the measurement information for the first electrode or group of electrodes, i.e. for example the input information, indicates that the user is touching the steering wheel with his hand, but the measurement data or the measurement information for the second electrode or group of electrodes, i.e. for example the output information, indicates that the user is not touching the steering wheel, it is determined that the hand is probably only in the area of the first electrode and not in the area of the second electrode.
  • the electrodes or groups of electrodes are arranged on opposite sides around the steering wheel skeleton, this indicates that the hand is not gripping the steering wheel, but is only touching one side and/or is supporting itself on the steering wheel on one side.
  • This information can be further evaluated by the function, in particular the driver assistance system, if necessary. This means that details about the arrangement of at least part of the hand in the gripping area of the steering wheel can be obtained, in particular in order to distinguish between gripping and touching on one side.
  • the measuring device is designed to vary a frequency of an alternating voltage applied to the electrode or the group of electrodes after the parallel measurement of the input and the output of the electrode or the group of electrodes. It is also designed to repeat the parallel measurement at the varied frequency and to determine by evaluating the repeated parallel measurement whether or not a detection of at least part of the hand in the gripping area of the steering wheel can be confirmed by evaluating the parallel measurement that was previously carried out.
  • the input information and the output information can therefore be measured in parallel, a signal applied to the electrode can then be changed in terms of its frequency and the parallel measurement at the input and output can be repeated.
  • the first measurement has been confirmed by the repeated measurement.
  • This confirmation can, for example, be a prerequisite for the detection of at least part of the hand in the gripping area of the steering wheel to be provided to the function, for example the driver assistance system of the motor vehicle.
  • the detection device is operated with alternating current.
  • the detection device can therefore have an alternating voltage source.
  • the alternating voltage source is assigned to the steering wheel and/or the motor vehicle in which the steering wheel is arranged and provides energy for the detection device.
  • the alternating voltage source is assigned to the steering wheel and/or the motor vehicle in which the steering wheel is arranged and provides energy for the detection device.
  • at least one capacitance of the electrode or the group of electrodes changes. This change is described by the measurement data or the measurement information, i.e. by the input information and the output information.
  • the described variation of the applied alternating voltage only takes place if it was determined during the first parallel measurement that a hand is within the gripping range of the steering wheel.
  • the parallel measurement it is possible for the parallel measurement to be carried out again and again, in particular continuously, and thus repeated.
  • the measuring device is designed to measure background information that can always be measured without at least part of the hand being arranged in the gripping area of the steering wheel.
  • the background information is kept smaller than a predetermined limit value. It is therefore provided that, for example, by selecting the components used and in particular added protective elements, the background information, i.e. a background that results, for example, from the steering wheel alone without electrodes or other capacitances of electronic components, is kept so small that it is below the predetermined limit value.
  • the limit value can be 180 picofarads, for example. Higher or lower background information is possible.
  • this has the advantage that with the smallest possible background information, which is smaller than the existing limit value, a detection range for the measurement data or the measurement information until saturation is reached is particularly large compared to larger background information. This makes it possible that, despite the essentially doubling of the input and output information to the total information, the hand or at least part of the hand can be detected. This increases the sensitivity of the detection device even further.
  • the measuring device is designed to carry out a voltage and/or current measurement for measuring the electrode or the group of electrodes at least by means of an analog-digital converter and to evaluate the measurement data recorded in this way.
  • An analog-to-digital converter can therefore be provided as a component and thus part of the detection device.
  • the analog-digital converter is designed to carry out a voltage and/or current measurement and then provide the input information and/or the output information. This is a particularly cost-effective and simple design of the measuring device.
  • the measuring device is designed to detect and evaluate time information for measuring the electrode or the group of electrodes, wherein the time information describes how long it takes for a given current source to reach a given voltage.
  • a current source i.e. an energy source
  • the detection device it is assumed that a current source, i.e. an energy source, is fixedly specified for the detection device, so that for a given target voltage, it can be waited to see how long it takes until this voltage has actually been built up. Based on this time, it can be determined what amount the input information and/or output information has.
  • the measuring device is designed to output a frequency signal for measuring the electrode and/or group of electrodes and to detect and evaluate a phase shift that occurs as a result.
  • the frequency is specified, for example, by the alternating voltage source, i.e. by the energy source.
  • it is checked how the current flowing through the detection device reacts with regard to the phase shift and what value the phase shift takes. This is another reliable option for designing the measuring device.
  • a further aspect of the invention relates to a steering wheel with a detection device as described above.
  • the steering wheel is preferably installed in a motor vehicle.
  • an embodiment of the steering wheel according to the invention provides that the respective electrode is arranged on at least a partial area of an inner side of the steering wheel that faces a steering wheel hub of the steering wheel. Alternatively or additionally, the respective electrode is arranged on at least a partial area of an outer side of the steering wheel opposite the inner side. Alternatively or additionally, the electrode is arranged on at least a partial area of an underside of the steering wheel that faces a steering column of the steering wheel. Alternatively or additionally, the electrode is arranged on at least a partial area of an upper side of the steering wheel opposite the underside.
  • the electrode can be arranged at the front or rear (top or bottom) when viewed from above the steering wheel and/or outside or inside (outside or inside) when viewed in a radial direction starting from the steering wheel hub.
  • Several zones can be formed, in each of which two opposite electrodes or groups of electrodes are arranged. Each zone comprises, for example, a quarter of the steering wheel rim.
  • An electrode or group of electrodes can extend over two adjacent zones and partially overlap with two other electrodes or groups of electrodes. For example, there does not have to be an electrode that extends over the entire inside, the entire outside, the entire underside and/or the entire top of the steering wheel, but it can only extend over part of the corresponding side.
  • numerous different arrangements of individual and multiple electrodes or groups of electrodes are possible on the steering wheel. The arrangement of the electrodes or groups of electrodes is therefore particularly versatile.
  • the electrode or group of electrodes is integrated into a heating mat or a detection mat and is arranged, for example, around a steering wheel core. This can be separated from the steering wheel core, for example, with a dielectric material.
  • the steering wheel has a control device.
  • the control device is designed to control the electrode and/or group of electrodes in a first operating mode for heating the steering wheel.
  • the control device is also designed to control the electrode and/or group of electrodes in a second operating mode to detect at least part of a hand in the gripping area of the steering wheel.
  • the two operating modes can be activated or are activated alternately.
  • the switches at the input and output of the electrode or group of electrodes are open.
  • a switching device can be provided which is designed to switch between the first operating mode and the second operating mode.
  • a time interval for which the first operating mode is activated can be dependent on a desired temperature change of the steering wheel, which is to be changed by heating the steering wheel.
  • the second operating mode typically comprises a time interval in the range of milliseconds, in particular between 100 milliseconds and 500 milliseconds. This time interval is selected in particular depending on how long it takes until at least one and preferably several measurements of the electrode or group of electrodes have been carried out.
  • At least two parallel measurements can be carried out to check the result of the first measurement before switching back to the first operating mode.
  • the detection of at least part of the hand in the gripping area of the steering wheel is not carried out continuously when the heating function of the steering wheel is activated, but rather these two functions of the steering wheel alternate.
  • a further aspect of the invention relates to a motor vehicle with such a steering wheel.
  • the motor vehicle is, for example, a passenger car, a truck, a bus, a motorcycle and/or a moped.
  • the invention also relates to a method for detecting a hand on a steering wheel using a detection device.
  • the detection device comprises at least one electrode and/or at least one group of electrodes and a measuring device. By means of the measuring device, an input and an output of the at least one electrode and/or the at least one group of electrodes are measured in parallel, so that a detection sensitivity of the detection device is increased at least for a predetermined period of time.
  • a further aspect of the invention relates to a control device for a steering wheel of a motor vehicle.
  • the control device is designed to control the measuring device and/or further components of the detection device, in particular to carry out the described method.
  • the control device has a Processor device.
  • the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor).
  • the processor device can have program code, which can alternatively be referred to as a computer program product.
  • the program code can be stored in a data memory of the processor device.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program product.
  • the computer program product is a computer program.
  • the computer program product comprises instructions which, when the program is executed by a computer, such as by the control devices of the steering wheel, cause the computer to carry out the corresponding steps of the method according to the invention, in particular relating to the measuring device of the detection device.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a motor vehicle with a steering wheel
  • Fig. 2 is a schematic representation of a detection device for a steering wheel of a motor vehicle
  • Fig. 3 is a schematic representation of a measurement data curve of a detection device for a steering wheel
  • Fig. 4 is a schematic representation of an arrangement of electrodes of a detection device for a steering wheel
  • Fig. 5 is a schematic representation of an alternative arrangement of the electrodes of a detection device for a steering wheel
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a signal flow graph of a method for operating a detection device for a steering wheel.
  • Fig. 1 shows a section of the interior of a motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 has a steering wheel 2.
  • a user i.e. a driver or passenger, is located in the motor vehicle 1.
  • the user is currently gripping the steering wheel 2 with a right hand 4 on one side of the steering wheel.
  • On the opposite side he is touching the steering wheel 2 with individual fingers 5, here with three fingers 5 as an example, of a left hand 4.
  • the sides are arranged opposite one another in a transverse direction of the steering wheel 2 (y-direction).
  • the steering wheel 2 has a detection device 6. By means of this it can be detected that the right hand 4 is completely within the gripping range of the steering wheel 2 and that the left hand 4 is partially within the gripping range of the steering wheel 2, here with three fingers 5.
  • Fig. 2 shows the detection device 6 in more detail.
  • the detection device 6 has, for example, a single electrode 10. Alternatively or additionally, it has a single group 11 of electrodes 10. Outlined here as an example, the detection device 6 has a first electrode 12 and a second electrode 13, i.e. a total of two electrodes 10. These are arranged next to one another here. Alternatively or additionally, the detection device 6 can have two or more groups 11 of electrodes 10 and/or more than two electrodes 10.
  • the detection device 6 has a measuring device 14. This is designed to measure an input 15 and an output 16 of the electrode 10 and/or the group 11 of electrodes 10 in parallel, so that a detection sensitivity of the detection device 6 is increased. It is increased at least for a predetermined period of time in which the parallel measurement takes place. Parallel measurement here means that measurements are taken at the input 15 and at the output 16 at the same time and thus simultaneously.
  • An impedance is preferably measured as measurement data or measurement information, since the detection device 6 preferably is operated with an alternating voltage and therefore has an impedance.
  • a capacitive component of the impedance is measured. In the following examples, only the capacitive component and thus the measured electrical capacity is described.
  • the input 15 and the output 16 can alternatively be referred to as the first interface or the second interface or as the first end or the second end of the electrode 10 or the group 11 of electrodes 10. If the first electrode 12 and the second electrode 13 are provided, the first electrode 12 can be measured at the input 15 and the second electrode 13 at the output 16. In this case, therefore, it is not the input 15 and the output 16 of a single electrode 10 that are measured, but the two electrodes 12, 13 individually, but simultaneously, since they are parallel.
  • an input information 17 is measured.
  • an output information 18 is measured. These two are given, for example, as capacitive components of the impedance.
  • the input information 17 and the output information 18 are added to form a total information 19. This is therefore essentially twice as large as, for example, the input information 17 or the output information 18 alone.
  • the total information 19 can be evaluated to recognize at least part of the hand 4. If three fingers 5 touch the steering wheel 2, this can be recorded, for example, as input information 17 and/or output information 18 of 4 picofarads each.
  • the total information 19 in this example is approximately 8 picofarads.
  • the input information 17 or the output information 18 can be approximately 20 picofarads.
  • the total information 19 can then be around 40 picofarads. This makes it clear that the detection sensitivity of the detection device 6 is increased, since, compared to a successive acquisition of the input information 17 and the output information 18, essentially doubled values are provided and evaluated as total information 19.
  • Essentially in the sense of the invention refers to an inaccuracy of, for example, less than 1 percent, 3 percent, 5 percent, 10 percent, in particular 20 percent.
  • a switch 20 can be arranged at the input 15 and at the output 16.
  • the detection device 6 is designed to measure the input 15 and the output 16 of the electrode 10 and/or the group 11 of electrodes 10 individually by controlling the respective switch 20 accordingly.
  • the input information 17 and the output information 18 can therefore be recorded one after the other without these two pieces of information being added together.
  • each electrode 10 and/or group 11 of electrodes 10 can therefore be measured individually.
  • position information can be determined that describes a position of at least part of the hand 4 in the gripping area of the steering wheel 2. The position depends on how the individual electrodes 10 or groups 11 of electrodes 10 are arranged.
  • Fig. 2 also shows a control device 21. This is designed to control the switches 20 and/or the measuring device 14.
  • the control device 21 can also be designed to evaluate data provided by the measuring device 14, such as the overall information 19.
  • the control device 21 preferably determines the position information, for example.
  • the control device 21 can be a component of the steering wheel 2 and/or the motor vehicle 1.
  • Fig. 3 shows an example of a measurement curve 22.
  • the time is shown on an x-axis and the capacitive part of the impedance or a capacity, abbreviated here with the letter C, is shown on a y-axis.
  • the measurement curve 22 experiences saturation 23 from a certain capacity or a certain capacitive part of the impedance.
  • background information 24 which is specified, for example, by parts or components of the steering wheel 2.
  • the background information 24 describes a background or background that is always recorded by the measuring device 14. It can be provided that the background information 24 is reduced here to the reduced background information 25.
  • the reduced background information 25 is, for example, smaller than a predetermined limit value.
  • the background information 24, 25 is always recorded when at least no part of the hand 4 is arranged in the gripping area of the steering wheel 2.
  • the reduction of the background information 24 shown here to the reduced background information 25 below the predetermined limit value is achieved by selecting at least one component of the detection device 6, in particular by a protective element as at least one component.
  • the particularly low reduced background information 25 is achieved by appropriately designing the detection device 6 and its individual components. If the total information 19, which is greater than the input information 17 and/or output information 18 alone, is also taken into account, the already described high sensitivity of the detection device 6 is achieved and a measuring range up to saturation 23 is also increased.
  • the measuring device 14 can be designed to carry out a voltage and/or current measurement at least by means of an analog-digital converter for measuring the electrode 10 and/or the group 11 of electrodes 10 and to evaluate the measurement data or measurement information recorded in the process. Alternatively or additionally, it can be designed to record and evaluate time information for measuring the electrode 10 and/or the group 11 of electrodes 10, the time information describing how long it takes for a predetermined voltage to be reached with a predetermined current source. Alternatively or additionally, the measuring device is designed to output a frequency signal for measuring the electrode 10 and/or the group 11 of electrodes 10 and to record and evaluate a phase shift that occurs as a result. The phase shift then occurs, for example, in the electrode 10 or the group 11 of electrodes 10.
  • Fig. 4 shows a possible arrangement of electrodes 10 in the steering wheel 2.
  • an electrode 10 is arranged on an inner side 31 of the steering wheel 2, wherein the inner side 31 faces a steering wheel cup 30 of the steering wheel 2.
  • the steering wheel cup 30 is located in the region of a center point of the steering wheel 2, in particular the steering wheel rim of the steering wheel 2.
  • the electrode 10 can be arranged at least in a partial region of an outer side 32 of the steering wheel 2 opposite the inner side 31.
  • a design is selected in which, for example, the the electrode 10 arranged on the inner side 31 is the first electrode 12 and the electrode 10 arranged on the outer side 32 is the second electrode 13 or vice versa.
  • Fig. 5 shows a further embodiment in which an electrode 10 is arranged on an underside 35 of the steering wheel 2, which faces a steering column 33 of the steering wheel 2.
  • the steering column 33 is located below the steering wheel 2 and is therefore sketched with dashed lines.
  • an electrode 10 can be arranged on an upper side 34 of the steering wheel 2 opposite the underside 35.
  • the electrode 10 only ever covers a partial area of the inner side 31, the outer side 32, the upper side 34 and/or the lower side 35.
  • the electrodes 10 can partially overlap one another. Any combinations and arrangements of the electrodes 10 are possible.
  • Fig. 6 shows a method for detecting at least part of a hand 4 on a steering wheel 2 with a detection device 6.
  • a method step S1 parallel measuring takes place at the input 15 and output 16, i.e., the input information 17 and the output information 18 are measured and thus recorded by means of the measuring device 14.
  • the input information 17 and the output information 18 are added to the total information 19 and this is evaluated to provide hand recognition information 40 which describes whether or not the user 3 is touching the steering wheel 2 with at least part of his hand 4. It is assumed here that, for example, it is recorded that the user 3 is currently touching the steering wheel 2 with at least part of his hand 4.
  • an alternating voltage applied to the electrode 10 and/or group 11 of electrodes 10, which is provided by an alternating voltage source, can be varied.
  • This alternating voltage variation 41 takes place with respect to a frequency.
  • the parallel measurement is therefore carried out again with a different frequency, so that the input information 17' and the output information 18' are measured again at the varied frequency.
  • the repeatedly recorded input information 17 and output information 18 can be added to a new total information 19' and then a new hand recognition information 40' can be determined. If the previously determined If the hand recognition information 40 and the new hand recognition information 40' determined during repeated measurements match, this is considered a determination that the recognition of at least part of the hand 4 in the gripping area of the steering wheel 2 has been confirmed.
  • a method step S6 the hand recognition information 40 can then be considered as confirmed and, for example, made available, in particular for a driver assistance system or another function of the motor vehicle 1. If the checking results in it being determined that the previously performed parallel measurement was not confirmed, the method step S1 can, for example, be carried out again.
  • the electrode 10 and/or the group 11 of electrodes 10 can typically also be controlled for a heating function of the steering wheel 2, i.e. that there is a first operating mode in which the electrode 10 and/or group 11 of electrodes 10 is controlled by the control device 21 to heat the steering wheel 2.
  • a second operating mode that is different from this, the electrode 10 and/or the group 11 of electrodes 10 are controlled to detect at least part of the hand 4 in the gripping area of the steering wheel 2, i.e. for the hand detection function.
  • the two operating modes are activated alternately for, for example, predetermined time intervals.
  • the steering wheel 2 cannot therefore be heated and the hand detection function provided at the same time, but these two functions alternate with one another.
  • the examples show hands-on and hands-off detection, respectively, where resolution has been improved.
  • measurements are performed on individual interfaces (input 15 and output 16) to ensure that the analog-to-digital converter measurement does not reach saturation 23.
  • a single hand leads to an increase in system capacitance by 20 picofarads.
  • This capacitance is measured and displayed on both interfaces. Therefore, the minimum capacitance that can be measured is 4 picofarads (which corresponds approximately to three fingers 5).
  • Setting a reference offset (background information 24, 25) to a lower value and leaving both interfaces active results in a larger jump when a hand 4 touches the steering wheel 2 (twice 20 picofarads), which improves the sensitivity of the system.
  • This approach can also help to check whether the hand 4 has been detected or not by adding a third option to check the touch of the steering wheel 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung (6) für ein Lenkrad (2) eines Kraftfahrzeuges (1) zum Erkennen zumindest eines Teils einer Hand (4) in einem Greifbereich des Lenkrades (2) sowie das Lenkrad (2) und ein Verfahren. Die Detektionsvorrichtung (6) umfasst zumindest eine Elektrode (10) und/oder zumindest eine Gruppe (11) von Elektroden (10) und eine Messvorrichtung (14). Die Messvorrichtung (14) ist dazu ausgebildet, einen Eingang (15) und einen Ausgang (16) der zumindest einen Elektrode (10) und/oder der zumindest einen Gruppe (11) von Elektroden (10) parallel zu vermessen, sodass eine Detektionsempfindlichkeit der Detektionsvorrichtung (6) zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne vergrößert ist.

Description

Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, Lenkrad mit einer Detektionsvorrichtung sowie Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zum Erkennen zumindest eines Teils einer Hand in einem Greifbereich des Lenkrads. Die Erfindung betrifft zudem ein Lenkrad mit einer derartigen Detektionsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Detektion einer Hand an einem Lenkrad mit einer derartigen Detektionsvorrichtung.
Ein Kraftfahrzeug kann ein Lenkrad aufweisen, in das eine Detektionsvorrichtung integriert ist. Die Detektionsvorrichtung ist dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein Benutzer des Kraftfahrzeugs zu einem aktuellen Zeitpunkt das Lenkrad mit zumindest einem Teil einer Hand berührt beziehungsweise mit zumindest einer Hand umgreift oder nicht. Die Detektionsvorrichtung kann also eine Handerkennungsfunktion, die alternativ als Hands-On-Detection (HOD) bezeichnet werden kann, bereitstellen. Ein Überprüfen, ob der Benutzer mit zumindest dem Teil der Hand das Lenkrad berührt beziehungsweise mit zumindest der Hand das Lenkrad umgreift, kann beispielsweise durchgeführt werden, um festzustellen, ob der Benutzer bereit ist, eine manuelle Lenkung des Kraftfahrzeugs wieder zu übernehmen, falls die Lenkung des Kraftfahrzeugs aktuell von einer zumindest teilautomatischen, insbesondere vollautomatischen Funktion, beispielsweise einem Fahrerassistenzsystem, durchgeführt wird. Der Benutzer ist daher bevorzugt ein Fahrer des Kraftfahrzeugs.
Die Detektionsvorrichtung kann als kapazitive Detektionsvorrichtung ausgebildet sein. Sie weist typischerweise einen kapazitiven Sensor auf. Der kapazitive Sensor umfasst zumindest eine Elektrode oder Gruppe von Elektroden. Die zumindest eine Elektrode beziehungsweise Gruppe von Elektroden kann beispielsweise als eine Matte ausgebildet sein, die um ein Lenkradskelett des Lenkrads herum angeordnet ist. Mittels der Matte und somit mittels der zumindest einen Elektrode oder Gruppe von Elektroden kann beispielsweise zudem eine Heizfunktion für das Lenkrad realisierbar sein. Die Heizfunktion kann beispielsweise ein Erhöhen einer Temperatur des Lenkrads auf eine vorgegebene Solltemperatur vorgeben und umsetzen.
Falls die Detektionsvorrichtung zum Beispiel mehrere Elektroden aufweist, wird typischerweise zwischen diesen hin und her geschaltet und zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils für genau eine der Elektrode überprüft, ob in deren Erfassungsbereich zumindest der Teil der Hand des Benutzers angeordnet ist oder nicht. Hierfür weist die Detektionsvorrichtung beispielsweise mehrere voneinander verschiedene Schnittstellen auf, wobei je eine Schnittstelle pro Elektrode oder mehrere Schnittstellen pro Elektrode vorgesehen sein kann beziehungsweise können. An den Schnittstellen wird dann nacheinander jeweils eine Messinformation erfasst. Wenn für die mehreren Schnittstellen festgestellt wird, dass zumindest ein Teil der Hand des Benutzers im Greifbereich des Lenkrads angeordnet ist, wird die Handerkennung zum Beispiel als erfolgreich bewertet.
Eine derartige Detektionsvorrichtung ist jedoch oftmals nicht dazu ausgebildet, nur einzelne Finger im Greifbereich des Lenkrads zu erkenne, da die in diesem Fall jeweils pro Schnittstelle erfasste Messinformation kaum von einem Untergrund, beispielsweise bedingt durch Komponenten des Lenkrads, zu unterscheiden ist. Die Detektionsvorrichtung sollte daher andersartig betrieben werden, um auch einzelne Finger im Greifbereich des Lenkrads erkenne zu können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die eine hohe Detektionsempfindlichkeit aufweist.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zum Erkennen zumindest eines Teils einer Hand in einem Greifbereich des Lenkrads. Es kann also mittels der Detektionsvorrichtung erfasst werden, ob beispielsweise ein Fahrer des Kraftfahrzeugs oder ein anderer Insasse des Kraftfahrzeugs mit einzelnen Fingern seiner Hand das Lenkrad berührt oder es zum Beispiel mit zumindest einer Hand, insbesondere mit beiden Händen, umgreift. Der Greifbereich ist als ein Erfassungsbereich der Detektionsvorrichtung zu verstehen, der bevorzugt eine Oberfläche eines Lenkradkranzes des Lenkrads umfasst. Die das Lenkrad berührende Person wird im Folgenden als Benutzer bezeichnet.
Die Detektionsvorrichtung umfasst zumindest eine Elektrode und/oder zumindest eine Gruppe von Elektroden sowie eine Messvorrichtung. Die Detektionsvorrichtung kann also erfindungsgemäß nur eine einzige Elektrode aufweisen. Es ist alternativ oder zusätzlich dazu möglich, dass mehrere Elektroden von der Detektionsvorrichtung umfasst sind, das heißt, dass diese mehrere einzelne Elektroden, eine Gruppe von Elektroden und/oder mehrere Gruppen von Elektroden aufweist. Die Messvorrichtung ist dazu ausgebildet, einen Eingang und einen Ausgang der zumindest einen Elektrode und/oder der zumindest einen Gruppe von Elektroden parallel zu vermessen. Bei einem parallelen Vermessen erfolgt ein gleichzeitiges Vermessen. Falls die Detektionsvorrichtung die einzige Elektrode umfasst, ist die Messvorrichtung dazu ausgebildet, den Eingang und den Ausgang der einzigen Elektrode parallel und somit gleichzeitig zu vermessen. Falls die Detektionsvorrichtung die zumindest eine Gruppe von Elektrode aufweist, ist die Messvorrichtung dazu ausgebildet, den Eingang und den Ausgang der zumindest einen Gruppe von Elektrode parallel und somit gleichzeitig zu vermessen. Dies bewirkt, dass eine Detektionsempfindlichkeit der Detektionsvorrichtung zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne vergrößert ist. Die vorgegebene Zeitspanne ist die Zeitspanne, in der der Eingang und Ausgang parallel vermessen werden. Der Eingang und Ausgang können im Fall der einen einzigen Elektrode zwei unterschiedliche Enden der Elektrode sein, die an sich gegenüberliegenden Enden der Elektrode angeordnet sind. Der Eingang und Ausgang können alternativ als erste und zweite Schnittstelle der zumindest einen Elektrode beziehungsweise der zumindest einen Gruppe von Elektrode bezeichnet werden.
Bei dem Vermessen wird beispielsweise eine Impedanz als Messdaten oder Messinformation gemessen, wobei die Detektionsvorrichtung die gemessene Impedanz aufweist. Es wird also bevorzugt an zwei verschiedenen Orten innerhalb der Detektionsvorrichtung gleichzeitig die Impedanz, insbesondere ein kapazitiver Anteil der Impedanz, gemessen. Die Impedanz fällt insbesondere am Eingang oder Ausgang der Elektrode gegenüber einem Bezugspunkt einer elektronischen Schaltung der Detektionsvorrichtung ab. Da gleichzeitig am Eingang und Ausgang gemessen wird, können gleichzeitig erfasste Messdaten oder Messinformationen gemeinsam ausgewertet werden, sodass zum Beispiel ein zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessener kapazitiver Anteil der Impedanz im Wesentlichen zwei Mal gemessen wird. Die insgesamt erfasste Impedanz wird also im Wesentlichen verdoppelt. Im Wesentlichen meint im Sinne der Erfindung Abweichungen von weniger als 1 Prozent, 3 Prozent, 5 Prozent, 10 Prozent, insbesondere 20 Prozent zwischen den Messdaten beziehungsweise von einem verdoppelten Wert. Dadurch, dass mehr Messdaten oder Messinformationen vorliegen, kann ein schwächeres Signal erfasst werden als mittels einer Detektionsvorrichtung die nacheinander und somit seriell am Eingang und Ausgang die Elektrode oder die Gruppe von Elektroden vermisst. Hierdurch wird die gewünschte Erhöhung der Empfindlichkeit der Detektion zuverlässigeren und einfach erreicht. Es wird also eine Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, die eine hohe Detektionsempfindlichkeit aufweist. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine beim Vermessen am Eingang gemessene Eingangsinformation und eine beim Vermessen am Ausgang gemessene Ausgangsinformation zu einer Gesamtinformation zu addieren. Die Messvorrichtung ist zudem dazu ausgebildet, die Gesamtinformation zum Erkennen zumindest des Teils der Hand auszuwerten. Die Eingangsinformation und die Ausgangsinformation können alternativ als erste Schnittstelleninformation beziehungsweise zweite Schnittstelleninformation bezeichnet werden. Wird beispielsweise bei einer Vermessung am Eingang eine Eingangsinformation von 20 Pikofarad für eine das Lenkrad umgreifende Hand gemessen, beträgt die Gesamtinformation im Wesentlichen 40 Pikofarad, da die Eingangsinformation beziehungsweise die Ausgangsinformation im Wesentlichen verdoppelt wird, da zusätzlich die Ausgangsinformation beziehungsweise die Eingangsinformation gemessen und berücksichtigt wird. Besonders relevant ist dies, wenn nur einzelne Finge das Lenkrad berühren. Für drei einzelne Finger wird beispielsweise typischerweise eine Eingangsinformation von 4 Pikofarad gemessen. Die Gesamtinformation beträgt dann im Wesentlichen 8 Pikofarad. Hierdurch wird deutlich, dass zum Erkennen einzelner Finger der Hand das Aufaddieren der Eingangsinformation und der Ausgangsinformation zur Gesamtinformation dazu beiträgt, diese überhaupt zu erkennen. Dies wird durch die in etwa erreichte Verdopplung der Messdaten oder der Messinformation zuverlässig erreicht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Detektionsvorrichtung eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist. Die Messvorrichtung ist dazu ausgebildet, als Eingangsinformation die erste Elektrode und als Ausgangsinformation die zweite Elektrode zu vermessen. Es muss also nicht der Eingang und der Ausgang einer einzigen Elektrode vermessen werden, sondern es ist möglich, dass jede einzelne Elektrode genau einmal vermessen wird und somit entweder die Eingangsinformation oder die Ausgangsinformation bereitstellt. Allerdings werden auch hier zwei Messdaten oder Messinformationen parallel erfasst und aufaddiert, sodass auch hier eine Vergrößerung der Messdaten beziehungsweise der Messinformationen erreicht wird. Dies lässt sich analog auf eine erste Gruppe von Elektroden und eine zweite Gruppe von Elektroden als alternative oder zusätzliche Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung übertragen.
Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Detektionsvorrichtung mehrere zweite Elektroden umfasst. Die Messvorrichtung ist dazu ausgebildet, als jeweilige Ausgangsinformation die jeweilige zweite Elektrode zu vermessen und die Eingangsinformation mit den mehreren Ausgangsinformationen zur Gesamtinformation zu addieren. Sind also beispielsweise mehr als zwei Elektroden vorgesehen, insbesondere drei oder vier Elektroden, kann für jede der Elektroden gleichzeitig die Impedanz, insbesondere der kapazitive Anteil der Impedanz, gemessen werden. Alle hierbei gewonnenen Messdaten werden aufsummiert, um eine insgesamt besonders hohe und somit leicht auszuwertende Gesamtinformation zu erhalten. Die beschriebene Detektionsvorrichtung ist also nicht auf genau einen Eingang und Ausgang begrenzt, sondern kann beliebig erweitert werden. Sie ist somit an vielseitige Elektrodenausgestaltungen und Designs anpassbar. Es ist alternativ oder zusätzlich dazu möglich, dass mehr als zwei Gruppen von Elektroden vorgesehen sind, wobei ansonsten die Ausgestaltung analog zu der für mehrere Elektroden beschriebenen ist.
Ferner sieht es ein Ausführungsbeispiel vor, dass am Eingang und Ausgang jeweils ein Schalter angeordnet ist, sodass die Detektionsvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Eingang und Ausgang der zumindest einen Elektrode und/oder der zumindest einen Gruppe von Elektroden einzeln zu vermessen. Es kann also vorgesehen sein, dass ein elektronischer Schalter, insbesondere ein Multiplexschalter, zumindest am Eingang und am Ausgang vorgesehen ist. Dieser kann derart angesteuert werden, dass beispielsweise nur die Eingangsinformation gemessen wird, wenn der am Eingang angeordnete Schalter geschlossen ist, wohingegen keine Ausgangsinformation gemessen wird, wenn gleichzeitig der am Ausgang angeordnete Schalter geschlossen ist. Anschließend kann beispielsweise bei geschlossenem Schalter am Ausgang und bei geöffnetem Schalter am Eingang die Ausgangsinformation einzeln und somit ohne gleichzeitig gemessene Eingangsinformation gemessen werden. Eine solche einzelne Erfassung eignet sich beispielsweise für eine ortsabhängige Vermessung der jeweiligen Elektrode und/oder Gruppe von Elektroden. Es kann dann gezielt darauf geschlossen werden, wo am Lenkrad der Teil der Hand oder die gesamte Hand angeordnet ist.
Bevorzugt wird hierfür zumindest temporär von einem Parallel-Modus, in dem am Eingang und Ausgang parallel gemessen wird, in einen Seriell-Modus gewechselt, in dem nacheinander am Eingang und Ausgang und somit seriell gemessen wird, um die ortsabhängige Vermessung durchführen zu können.
In diesem Zusammenhang sieht es ein Ausführungsbeispiel vor, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, durch entsprechendes Ansteuern der einzelnen Schalter jede Elektrode und/oder Gruppe von Elektroden einzeln zu vermessen und durch Auswerten von dabei erfassten Messdaten oder der dabei erfassten Messinformation eine Positionsinformation zu ermitteln. Diese beschreibt eine Position des zumindest Teils der Hand im Greifbereich des Lenkrads. Es ist also beispielsweise möglich, dass falls die Messdaten oder die Messinformationen für die erste Elektrode oder Gruppe von Elektroden, das heißt beispielsweise die Eingangsinformation, darauf hindeutet, dass der Benutzer mit seiner Hand das Lenkrad berührt, die Messdaten oder die Messinformationen für die zweite Elektrode oder Gruppe von Elektroden, das heißt beispielsweise die Ausgangsinformation, jedoch darauf hindeutet, dass der Benutzer das Lenkrad nicht berührt, festgestellt wird, dass sich die Hand wohl nur im Bereich der ersten Elektrode und nicht im Bereich der zweiten Elektrode befindet. Falls nun beispielsweise die Elektroden oder Gruppen von Elektroden auf sich gegenüberliegenden Seiten um das Lenkradskelett herum angeordnet sind, deutet dies darauf hin, dass die Hand das Lenkrad nicht umgreift, sondern nur auf einer Seite berührt und/oder sich insbesondere einseitig am Lenkrad abstützt. Diese Information kann gegebenenfalls von der Funktion, insbesondere dem Fahrerassistenzsystem, weiter ausgewertet werden. Hierdurch können also Details über die Anordnung des zumindest Teils der Hand im Greifbereich des Lenkrads gewonnen werden, insbesondere um ein Umgreifen und ein einseitiges Berühren voneinander zu unterscheiden.
Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, nach dem parallelen Vermessen des Eingangs und des Ausgangs der Elektrode oder der Gruppe von Elektroden eine Frequenz einer an der Elektrode oder der Gruppe von Elektroden angelegten Wechselspannung zu variieren. Sie ist zudem dazu ausgebildet, bei der variierten Frequenz das parallele Vermessen zu wiederholen und durch Auswerten des wiederholten parallelen Vermessens festzustellen, ob eine Erkennung des zumindest Teils der Hand im Greifbereich des Lenkrads durch Auswerten des zuvor erfolgten parallelen Vermessens bestätigbar ist oder nicht. Es können also parallel die Eingangsinformation und die Ausgangsinformation gemessen werden, daraufhin ein an der Elektrode angelegtes Signal hinsichtlich seiner Frequenz geändert werden und die parallele Vermessung am Eingang und Ausgang wiederholt werden. Falls diese beiden nacheinander durchgeführten parallelen Vermessungen die gleichen Ergebnisse liefern hinsichtlich des Erkennens zumindest des Teils der Hand im Greifbereich des Lenkrads wurde durch die wiederholte Messung die erste Messung bestätigt. Diese Bestätigung kann beispielsweise eine Voraussetzung dafür sein, dass die Erkennung des zumindest Teils der Hand im Greifbereich des Lenkrads der Funktion bereitgestellt wird, beispielsweise dem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs.
Falls jedoch die beiden parallelen Vermessungen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, kann darauf geschlossen werden, dass eventuell das erste oder zweite parallele Vermessen eine Fehldetektion war. Bevorzugt wird daraufhin ein weiteres paralleles Vermessen durchgeführt. Letztendlich kann also zuverlässige Möglichkeit zur Bestätigung der Ergebnisse der Handerkennungsfunktion für das Lenkrad bereitgestellt werden.
Es wird hier angenommen, dass die Detektionsvorrichtung mit Wechselstrom betrieben wird. Die Detektionsvorrichtung kann daher eine Wechselspannungsquelle aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Wechselspannungsquelle dem Lenkrad und/oder dem Kraftfahrzeug, in dem das Lenkrad angeordnet ist, zugeordnet und stellt Energie für die Detektionsvorrichtung bereit. Im Falle der Hand im Greifbereich des Lenkrads verändert sich zumindest eine Kapazität der Elektrode oder der Gruppe der Elektroden. Diese Veränderung wird von den Messdaten oder der Messinformation beschrieben, das heißt von der Eingangsinformation und der Ausgangsinformation.
Bevorzugt erfolgt das beschriebene Variieren der angelegten Wechselspannung nur dann, wenn beim zuerst durchgeführten parallelen Vermessen festgestellt wurde, dass sich eine Hand im Greifbereich des Lenkrads befindet. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass immer wieder, insbesondere kontinuierlich, das parallele Vermessen erfolgt und somit wiederholt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Untergrundinformation zu messen, die ohne das zumindest der Teil der Hand im Greifbereich des Lenkrads angeordnet ist, stets messbar ist. Durch Wahl zumindest eines Bauteils der Detektionsvorrichtung, insbesondere eines Schutzelements, wird die Untergrundinformation kleiner als ein vorgegebener Grenzwert gehalten. Es ist also vorgesehen, dass beispielsweise durch die Auswahl der verwendeten Bauteile sowie insbesondere hinzugefügte Schutzelemente die Untergrundinformation, das heißt ein Hintergrund, der sich beispielsweise durch das Lenkrad alleine ohne Elektrode oder andere Kapazitäten elektronischer Bauteile ergibt, so klein gehalten wird, dass sie unter dem vorgegebenen Grenzwert liegt. Der Grenzwert kann beispielsweise bei 180 Pikofarad liegen. Höhere oder niedrigere Untergrundinformationen sind möglich. Letztendlich hat dies den Vorteil, dass bei einer möglichst kleinen Untergrundinformation, die kleiner als der vorliegende Grenzwert ist, ein Erfassungsbereich für die Messdaten oder die Messinformation bis zum Erreichen einer Sättigung besonders groß ist, verglichen mit einer größeren Untergrundinformation. Dies ermöglicht, dass trotz der beispielsweise im Wesentlichen Verdopplung der Eingangs- und Ausgangsinformation zur Gesamtinformation stets noch zuverlässig die Hand oder zumindest der Teil der Hand erfasst werden kann. Dies erhöht die Empfindlichkeit der Detektionsvorrichtung noch weiter.
Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, zum Vermessen der Elektrode oder der Gruppe von Elektroden zumindest mittels eines Analog-Digital-Umsetzers eine Spannungs- und/oder Strommessung durchzuführen und die hierbei erfassten Messdaten auszuwerten. Es kann also ein so Analog-to-Digital-Converter (ADC) als Komponente und somit Bauteil der Detektionsvorrichtung vorgesehen sein. Der Analog-Digital-Umsetzung ist dazu ausgebildet, eine Spannungs- und/oder Strommessung durchführt und daraufhin die Eingangsinformation und/oder die Ausgangsinformation bereitzustellen. Dies ist eine besonders kostengünstige und einfache Ausgestaltung der Messvorrichtung.
Es kann alternativ oder zusätzlich dazu in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, zum Vermessen der Elektrode oder der Gruppe von Elektroden eine Zeitinformation zu erfassen und auszuwerten, wobei die Zeitinformation beschreibt, wie lange es bei einer vorgegebenen Stromquelle dauert, bis eine vorgegebene Spannung erreicht ist. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass eine Stromquelle, das heißt eine Energiequelle, der Detektionsvorrichtung fest vorgegebenen ist, sodass bei einer vorgegebenen Zielspannung abgewartet werden kann, wie lange es dauert, bis diese Spannung tatsächlich aufgebaut wurde. Anhand dieser Zeit kann bestimmt werden, welchen Betrag die Eingangsinformation und/oder Ausgangsinformation hat.
Ferner sieht es ein alternatives oder zusätzliches Ausführungsbeispiel vor, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, zum Vermessen der Elektrode und/oder Gruppe von Elektroden ein Frequenzsignal auszugeben und eine daraufhin auftretende Phasenverschiebung zu erfassen und auszuwerten. Die Frequenz wird beispielsweise von der Wechselspannungsquelle, das heißt von der Energiequelle, vorgegeben. Es wird letztendlich hierbei überprüft, wie der die Detektionsvorrichtung durchfließende Strom hinsichtlich der Phasenverschiebung reagiert und welchen Wert die Phasenverschiebung einnimmt. Dies ist eine weitere zuverlässige Möglichkeit zur Ausgestaltung der Messvorrichtung.
Letztendlich sind zahlreiche Möglichkeiten gegeben, wie die Messvorrichtung die Elektrode und/oder Gruppe von Elektroden vermessen kann. Die Detektionsvorrichtung ist also diesbezüglich vielseitig. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Lenkrad mit einer Detektionsvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde. Das Lenkrad ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug verbaut.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkrads sieht vor, dass die jeweilige Elektrode an zumindest einen Teilbereich einer Innenseite des Lenkrads, die einem Lenkradtopf des Lenkrads zugewandt ist, angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die jeweilige Elektrode an zumindest einen Teilbereich einer der Innenseite gegenüberliegenden Außenseite des Lenkrads angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Elektrode an zumindest einen Teilbereich einer Unterseite des Lenkrads, die einer Lenksäule des Lenkrads zugewandt ist, angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Elektrode an zumindest einem Teilbereich einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Lenkrads angeordnet. Mit anderen Worten kann die Elektrode vorne oder hinten (Oberseite oder Unterseite) betrachtet bei einer Draufsicht auf das Lenkrad und/oder außen oder innen (Außenseite oder Innenseite) betrachtet in einer radialen Richtung vom Lenkradtopf ausgehend angeordnet sein. Es können mehrere Zonen gebildet sein, in denen jeweils zwei sich zwei gegenüberliegende Elektroden oder Gruppen von Elektroden angeordnet sind. Jede Zone umfasst beispielsweise ein Viertel des Lenkradkranzes. Eine Elektrode oder Gruppe von Elektroden kann sich über zwei benachbarte Zonen erstrecken und mit zwei anderen Elektroden oder Gruppen von Elektroden teilweise überlappen. Es muss also beispielsweise keine Elektrode vorgesehen sein, die sich über die gesamte Innenseite, die gesamte Außenseite, die gesamte Unterseite und/oder die gesamte Oberseite des Lenkrads erstreckt, sondern sie kann sich jeweils nur über einen Teil der entsprechenden Seite erstrecken. Letztendlich sind zahlreiche verschiedene Anordnungen von einzelnen und mehreren Elektroden oder Gruppen von Elektroden am Lenkrad möglich. Die Anordnung der Elektroden oder Gruppen von Elektroden ist also besonders vielseitig.
Es kann vorgesehen sein, dass die Elektrode oder Gruppe von Elektroden in eine Heizmatte oder in eine Detektionsmatte eingebunden ist und beispielsweise um einen Lenkradkern herum angeordnet ist. Die kann beispielsweise mit einem dielektrischen Material vom Lenkradkern getrennt sein.
Gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkrads ist es vorgesehen, dass das Lenkrad eine Steuervorrichtung aufweist. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, die Elektrode und/oder Gruppe von Elektroden in einem ersten Betriebsmodus zum Heizen des Lenkrads anzusteuern. Die Steuervorrichtung ist zudem dazu ausgebildet, in einem zweiten Betriebsmodus die Elektrode und/oder Gruppe von Elektroden zum Erkennen zumindest eines Teils einer Hand im Greifbereich des Lenkrads anzusteuern. Die beiden Betriebsmodi sind abwechselnd aktivierbar oder aktiviert.
Bevorzugt sind im ersten Betriebsmodus die Schalter am Eingang und Ausgang der Elektrode oder Gruppe von Elektroden geöffnet. Zudem kann eine Schalteinrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus zu wechseln. Beispielsweise kann ein Zeitintervall, für das der erste Betriebsmodus aktiviert ist, abhängig von einer gewünschten Temperaturänderung des Lenkrads sein, die durch Heizen des Lenkrads verändert werden soll. Der zweite Betriebsmodus umfasst typischerweise ein Zeitintervall im Bereich von Millisekunden, insbesondere zwischen 100 Millisekunden und 500 Millisekunden. Dieses Zeitintervall wird insbesondere abhängig davon gewählt, wie lange es dauert, bis zumindest eine und bevorzugt mehrere Vermessungen der Elektrode oder der Gruppe von Elektroden erfolgt sind. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest zwei parallelen Vermessungen zum Überprüfen das Ergebnis des ersten Vermessens durchführbar sind, bevor wieder in den ersten Betriebsmodus gewechselt wird. Letztendlich wird nicht kontinuierlich bei aktivierter Heizfunktion des Lenkrads das Erkennen des zumindest Teils der Hand im Greifbereich des Lenkrads durchgeführt, sondern diese beiden Funktionen des Lenkrads wechselt sich ab.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Lenkrad. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Bus, ein Motorrad und/oder ein Moped.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Detektion einer Hand an einem Lenkrad mit einer Detektionsvorrichtung. Die Detektionsvorrichtung umfasst zumindest eine Elektrode und/oder zumindest eine Gruppe von Elektroden und eine Messvorrichtung. Mittels der Messvorrichtung werden ein Eingang und ein Ausgang der zumindest einen Elektrode und/oder der zumindest einen Gruppe von Elektroden parallel vermessen, sodass eine Detektionsempfindlichkeit der Detektionsvorrichtung zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne vergrößert ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, die Messvorrichtung und/oder weitere Komponenten der Detektionsvorrichtung anzusteuern, insbesondere um das beschriebene Verfahren durchzuführen. Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf. Die Prozessoreinrichtung kann zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der alternativ als Computerprogrammprodukt bezeichnet werden kann. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt. Das Computerprogrammprodukt ist ein Computerprogramm. Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, wie beispielsweise durch die Steuervorrichtungen des Lenkrads, diesen veranlassen, die entsprechenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere betreffend die Messvorrichtung der Detektionsvorrichtung.
Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung oder dem erfindungsgemäßen Lenkrad beschriebenen Ausführungsbeispiele, jeweils einzeln sowie in Kombination miteinander, gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug, die erfindungsgemäße Steuervorrichtung sowie das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt. Die Erfindung umfasst Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Lenkrad;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Messdatenverlaufs einer Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Elektroden einer Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer alternativen Anordnung der Elektroden einer Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad; und
Fig. 6 in schematischer Darstellung einen Signalflussgraphen eines Verfahrens zum Betreiben einer Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Lenkrad 2 auf. Im Kraftfahrzeug 1 befindet sich ein Benutzer 3, das heißt ein Fahrer oder Insasse. Dieser umgreift aktuell mit einer rechten Hand 4 das Lenkrad 2 an einer Seite des Lenkrads. Auf der gegenüberliegenden Seite berührt er mit einzelnen Fingern 5, hier exemplarisch mit drei Fingern 5, einer linken Hand 4 das Lenkrad 2. Die Seiten sind hier in einer Querrichtung des Lenkrads 2 (y-Richtung) gegenüberliegend zueinander angeordnet.
Das Lenkrad 2 weist eine Detektionsvorrichtung 6 auf. Mittels dieser kann erfasst werden, dass sich die rechte Hand 4 vollständig im Greifbereich des Lenkrads 2 befindet sowie dass sich die linke Hand 4 mit einem Teil, hier mit drei Fingern 5, im Greifbereich des Lenkrads 2 befindet.
Fig. 2 zeigt die Detektionsvorrichtung 6 in mehr Details. Die Detektionsvorrichtung 6 weist beispielsweise eine einzige Elektrode 10 auf. Alternativ oder zusätzlich dazu weist sie eine einzige Gruppe 11 von Elektroden 10 auf. Hier exemplarisch skizziert, weist die Detektionsvorrichtung 6 eine erste Elektrode 12 und eine zweite Elektrode 13 auf, also insgesamt zwei Elektroden 10. Diese sind hier nebeneinander angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann die Detektionsvorrichtung 6 zwei oder mehr Gruppen 11 von Elektroden 10 und/oder mehr als zwei Elektroden 10 aufweisen.
Die Detektionsvorrichtung 6 weist eine Messvorrichtung 14 auf. Diese ist dazu ausgebildet, einen Eingang 15 und einen Ausgang 16 der Elektrode 10 und/oder der Gruppe 11 von Elektroden 10 parallel zu vermessen, sodass eine Detektionsempfindlichkeit der Detektionsvorrichtung 6 vergrößert ist. Sie ist hierbei zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne vergrößert, in der das parallele Vermessen erfolgt. Das parallele Vermessen meint hierbei, dass am Eingang 15 und am Ausgangs 16 zeitgleich und somit gleichzeitig gemessen wird. Es wird bevorzugt eine Impedanz als Messdaten oder Messinformation gemessen, da die Detektionsvorrichtung 6 bevorzugt mit einer Wechselspannung betrieben wird und somit eine Impedanz aufweist. Bevorzugt wird ein kapazitiver Anteil der Impedanz gemessen. Im Folgenden wird in den Beispielen stets nur der kapazitive Anteil und somit die gemessene elektrische Kapazität beschrieben.
Der Eingang 15 und der Ausgang 16 können alternativ als erste Schnittstelle beziehungsweise zweite Schnittstelle oder als ersten Ende beziehungsweise zweites Ende der Elektrode 10 beziehungsweise der Gruppe 11 von Elektroden 10 bezeichnet werden. Falls die erste Elektrode 12 und die zweite Elektrode 13 vorgesehen sind, kann am Eingang 15 die erste Elektrode 12 vermessen werden und am Ausgang 16 die zweite Elektrode 13. In diesem Fall werden also nicht der Eingang 15 und der Ausgang 16 einer einzelnen Elektrode 10 vermessen, sondern die beiden Elektroden 12, 13 einzeln, jedoch gleichzeitig, da parallel.
Beim Vermessen am Eingang 15 wird eine Eingangsinformation 17 gemessen. Beim Vermessen am Ausgang 16 wird eine Ausgangsinformation 18 gemessen. Diese beiden sind beispielsweise als kapazitive Anteile der Impedanz gegeben. Mittels der Messvorrichtung 14 werden die Eingangsinformation 17 und die Ausgangsinformation 18 zu einer Gesamtinformation 19 addiert. Diese ist somit im Wesentlichen doppelt so groß wie beispielsweise die Eingangsinformation 17 oder die Ausgangsinformation 18 alleine. Die Gesamtinformation 19 kann zum Erkennen zumindest des Teils der Hand 4 ausgewertet werden. Wenn drei Finger 5 das Lenkrad 2 berühren, kann dies beispielsweise als Eingangsinformation 17 und/oder Ausgangsinformation 18 von jeweils 4 Pikofarad erfasst werden. Die Gesamtinformation 19 beträgt in diesem Beispiel in etwa 8 Pikofarad. Falls der Benutzer 3 mit der gesamten Hand 4 das Lenkrad 2 umgreift, kann die Eingangsinformation 17 beziehungsweise die Ausgangsinformation 18 bei in etwa 20 Pikofarad liegen. Die Gesamtinformation 19 kann dann etwas 40 Pikofarad betragen. Hierdurch wird deutlich, dass die Detektionsempfindlichkeit der Detektionsvorrichtung 6 erhöht wird, da im Vergleich zu einem nacheinander durchgeführten Erfassen der Eingangsinformation 17 und der Ausgangsinformation 18 im Wesentlichen verdoppelte Werte als Gesamtinformation 19 bereitgestellt und ausgewertet werden. Im Wesentlichen im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Ungenauigkeit von beispielsweise weniger als 1 Prozent, 3 Prozent, 5 Prozent, 10 Prozent, insbesondere 20 Prozent. Falls mehrere Elektroden 10 oder Gruppen 11 von Elektroden 10 vorgesehen sind, als die hier exemplarisch skizzierten beiden Elektroden 12, 13, können beispielsweise mehrere Ausgangsinformationen 18 erfasst werden, sodass beispielsweise die Eingangsinformation 17 und die mehreren Ausgangsinformationen 18 zur Gesamtinformation 19 aufaddiert werden können.
Am Eingang 15 sowie am Ausgang 16 kann jeweils ein Schalter 20 angeordnet sein. Die Detektionsvorrichtung 6 ist dazu ausgebildet, den Eingang 15 und den Ausgang 16 der Elektrode 10 und/oder der Gruppe 11 von Elektroden 10 einzeln zu vermessen, indem sie den jeweiligen Schalter 20 entsprechend ansteuert. Es kann also nacheinander das Erfassen der Eingangsinformation 17 und der Ausgangsinformation 18 erfolge, ohne dass diese beiden Informationen aufaddiert werden. Durch entsprechendes Ansteuern der einzelnen Schalter 20 kann also jede Elektrode 10 und/oder Gruppe 11 von Elektroden 10 einzeln vermessen werden. Durch Auswerten der dabei erfassten Messdaten oder Messinformationen kann eine Positionsinformation ermittelt werden, die eine Position des zumindest Teils der Hand 4 im Greifbereich des Lenkrads 2 beschreibt. Die Position ist abhängig davon, wie die einzelnen Elektroden 10 oder Gruppen 11 von Elektroden 10 angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt zudem eine Steuervorrichtung 21 . Diese ist dazu ausgebildet, die Schalter 20 und/oder die Messvorrichtung 14 anzusteuern. Die Steuervorrichtung 21 kann ferner dazu ausgebildet sein, von der Messvorrichtung 14 bereitgestellte Daten, wie beispielsweise die Gesamtinformation 19, auszuwerten. Bevorzugt ermittelt beispielsweise die Steuervorrichtung 21 die Positionsinformation. Die Steuervorrichtung 21 kann eine Komponente des Lenkrads 2 und/oder des Kraftfahrzeugs 1 sein.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für einen Messkurvenverlauf 22. In Fig. 3 ist hierfür auf einer x- Achse die Zeit und auf einer y-Achse der kapazitive Anteil der Impedanz beziehungsweise eine Kapazität, hier abgekürzt mit dem Buchstaben C, skizziert. Es wird zum einen deutlich, dass der Messkurvenverlauf 22 ab einer bestimmten Kapazität beziehungsweise einem bestimmten kapazitiven Anteil der Impedanz eine Sättigung 23 erfährt. Außerdem gibt es eine Untergrundinformation 24, die beispielsweise durch Bauteile oder Komponenten des Lenkrads 2 vorgegeben ist. Die Untergrundinformation 24 beschreibt einen Untergrund oder Hintergrund, der stets von der Messvorrichtung 14 erfasst wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Untergrundinformation 24 hier reduziert wird auf die reduzierte Untergrundinformation 25. Die reduzierte Untergrundinformation 25 ist zum Beispiel kleiner als ein vorgegebener Grenzwert. Die Untergrundinformation 24, 25 wird immer dann erfasst, wenn zumindest kein Teil der Hand 4 im Greifbereich des Lenkrads 2 angeordnet ist. Die hier gezeigte Reduzierung der Untergrundinformation 24 auf die reduzierte Untergrundinformation 25 unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts wird durch die Wahl zumindest eines Bauteils der Detektionsvorrichtung 6 erreicht, insbesondere durch ein Schutzelement als zumindest eines Bauteil. Es wird also letztendlich durch entsprechende Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung 6 und deren einzelner Komponenten erreicht, dass die besonders niedrige reduzierte Untergrundinformation 25 erreicht wird. Wird zusätzlich die Gesamtinformation 19 berücksichtigt, die größer ist als die Eingangsinformation 17 und/oder Ausgangsinformation 18 alleine, wird die bereits beschriebene hohe Empfindlichkeit der Detektionsvorrichtung 6 erreicht und zudem ein Messbereich bis zur Sättigung 23 vergrößert.
Betreffend die Messvorrichtung 14 sind verschiedene Ausgestaltungen möglich. Die Messvorrichtung 14 kann dazu ausgebildet sein, zum Vermessen der Elektrode 10 und/oder der Gruppe 11 von Elektroden 10 zumindest mittels eines Analog-Digital- Umsetzers eine Spannungs- und/oder Strommessung durchzuführen und die hierbei erfassten Messdaten oder Messinformation auszuwerten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann sie dazu ausgebildet sein, zum Vermessen der Elektrode 10 und/oder der Gruppe 11 von Elektroden 10 eine Zeitinformation zu erfassen und auszuwerten, wobei die Zeitinformation beschreibt, wie lange es bei einer vorgegebenen Stromquelle dauert, bis eine vorgegebene Spannung erreicht ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Messvorrichtung dazu ausgebildet, zum Vermessen der Elektrode 10 und/oder der Gruppe 11 von Elektroden 10 ein Frequenzsignal auszugeben und eine daraufhin auftretende Phasenverschiebung zu erfassen und auszuwerten. Die Phasenverschiebung tritt dann beispielsweise in der Elektrode 10 oder der Gruppe 11 von Elektroden 10 auf.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Anordnung von Elektroden 10 im Lenkrad 2. Hier ist eine Elektrode 10 an einer Innenseite 31 des Lenkrads 2 angeordnet, wobei die Innenseite 31 einem Lenkradtopf 30 des Lenkrads 2 zugewandt ist. Der Lenkradtopf 30 befindet sich im Bereich eines Mittelpunkts des Lenkrads 2, insbesondere des Lenkradkranzes des Lenkrads 2. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Elektrode 10 zumindest in einem Teilbereich einer der Innenseite 31 gegenüberliegenden Außenseite 32 des Lenkrads 2 angeordnet sein. Bevorzugt wird eine Ausgestaltung gewählt, bei der beispielsweise die an der Innenseite 31 angeordnete Elektrode 10 die erste Elektrode 12 ist und die an der Außenseite 32 angeordnete Elektrode 10 die zweite Elektrode 13 oder umgekehrt.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausgestaltungsform skizziert, bei der eine Elektrode 10 an einer Unterseite 35 des Lenkrads 2 angeordnet ist, die einer Lenksäule 33 des Lenkrads 2 zugewandt ist. Die Lenksäule 33 befindet sich bei Draufsicht auf das hier skizzierte Lenkrad 2 unterhalb des Lenkrads 2 und ist daher mit gestrichelten Linien skizziert. Zudem kann an einer der Unterseite 35 gegenüberliegenden Oberseite 34 des Lenkrads 2 eine Elektrode 10 angeordnet sein. Generell sind Kombinationen der beschriebenen Anordnungen möglich. Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Elektrode 10 immer nur einen Teilbereich der Innenseite 31 , der Außenseite 32, der Oberseite 34 und/oder der Unterseite 35 bedeckt. Die Elektroden 10 können sich gegenseitig teilweise überlappen. Beliebige Kombinationen und Anordnungen der Elektroden 10 sind möglich.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren zur Detektion zumindest eines Teils einer Hand 4 an einem Lenkrad 2 mit einer Detektionsvorrichtung 6. In einem Verfahrensschritt S1 erfolgt hier das parallele Vermessen am Eingang 15 und Ausgang 16, das heißt, mittels der Messvorrichtung 14 wird die Eingangsinformation 17 und die Ausgangsinformation 18 gemessen und somit erfasst. In einem Verfahrensschritt S2 werden die Eingangsinformation 17 und die Ausgangsinformation 18 zur Gesamtinformation 19 addiert und diese wird zum Bereitstellen einer Handerkennungsinformation 40 ausgewertet, die beschreibt, ob entweder der Benutzer 3 mit zumindest einem Teil seiner Hand 4 das Lenkrad 2 berührt oder nicht. Hier wird davon ausgegangen, dass beispielsweise erfasst wird, dass der Benutzer 3 das Lenkrad 2 mit zumindest einem Teil seiner Hand 4 aktuell berührt.
In einem Verfahrensschritt S3 kann eine an der Elektrode 10 und/oder Gruppe 11 von Elektroden 10 angelegte Wechselspannung, die von einer Wechselspannungsquelle bereitgestellt wird, variiert werden. Diese Wechselspannungsvariation 41 erfolgt hinsichtlich einer Frequenz. Es wird also mit einer anderen Frequenz erneut das parallele Vermessen durchgeführt, sodass bei der variierten Frequenz erneut die Eingangsinformation 17‘ sowie die Ausgangsinformation 18‘ gemessen werden. In einem Verfahrensschritt S4 können die wiederholt erfasste Eingangsinformation 17 und Ausgangsinformation 18 zu einer neuen Gesamtinformation 19‘ addiert und daraufhin eine neue Handerkennungsinformation 40‘ ermittelt werden. Falls die zuvor ermittelte Handerkennungsinformation 40 und die bei wiederholten Vermessen ermittelte neue Handerkennungsinformation 40‘ übereinstimmen, gilt dies als ein Feststellen, dass die Erkennung des zumindest Teils der Hand 4 im Greifbereich des Lenkrads 2 bestätigt wurde.
In einem Verfahrensschritt S6 kann daraufhin die Handerkennungsinformation 40 als bestätigt angesehen und beispielsweise bereitgestellt werden, insbesondere für ein Fahrerassistenzsystem oder eine andere Funktion des Kraftfahrzeugs 1. Falls das Überprüfen dazu führt, dass festgestellt wird, dass das zuvor erfolgte parallele Vermessen nicht bestätigt wurde, kann beispielsweise der Verfahrensschritt S1 erneut durchgeführt werden.
Es ist ferner anzumerken, dass die Elektrode 10 und/oder der Gruppe 11 von Elektroden 10 typischerweise ebenfalls für eine Heizfunktion des Lenkrads 2 angesteuert werden können, das heißt, dass es einen ersten Betriebsmodus gibt, in dem mittels der Steuervorrichtung 21 die Elektrode 10 und/oder Gruppe 11 von Elektroden 10 zum Heizen des Lenkrads 2 angesteuert wird. In einem davon verschiedenen zweiten Betriebsmodus werden die Elektrode 10 und/oder die Gruppe 11 von Elektroden 10 zum Erkennen zumindest eines Teils der Hand 4 im Greifbereich des Lenkrads 2 angesteuert, also für die Handerkennungsfunktion. Die beiden Betriebsmodi werden abwechselnd für beispielsweise vorgegebene Zeitintervalle aktiviert. Es kann also nicht gleichzeitig das Lenkrad 2 beheizt werden und die Handerkennungsfunktion bereitgestellt werden, sondern diese beiden Funktionen wechseln sich miteinander ab.
Insgesamt zeigen die Beispiele eine Hands-On- beziehungsweise Hands-Off-Detection (Handerkennungsfunktion), bei der eine Auflösung verbessert wurde. Derzeit werden die Messungen an einzelnen Schnittstellen (Eingang 15 und Ausgang 16) durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Analog-Digital-Umsetzer-Messung die Sättigung 23 nicht erreicht. So führt beispielsweise eine einzige Hand zu einer Erhöhung der Systemkapazität um 20 Pikofarad. Diese Kapazität wird an beiden Schnittstellen gemessen und angezeigt. Daher ist die minimale Kapazität, die gemessen werden kann, 4 Pikofarad (was ungefähr drei Fingern 5 entspricht). Setzt man einen Referenzoffset (Untergrundinformation 24, 25) auf einen niedrigeren Wert und lässt beide Schnittstellen aktiv, führt dies zu einem größeren Sprung, wenn eine Hand 4 das Lenkrad 2 berührt (zweimal 20 Pikofarad), wodurch die Empfindlichkeit des Systems verbessert wird. Dieses Vorgehen kann auch dabei helfen, zu überprüfen, ob die Hand 4 erkannt wurde oder nicht, indem eine dritte Option hinzugefügt wird, um die Berührung des Lenkrades 2 zu überprüfen.

Claims

Patentansprüche
1 . Detektionsvorrichtung (6) für ein Lenkrad (2) eines Kraftfahrzeuges (1) zum Erkennen zumindest eines Teils einer Hand (4) in einem Greifbereich des Lenkrades (2), umfassend zumindest eine Elektrode (10) und/oder zumindest eine Gruppe (11) von Elektroden (10) und eine Messvorrichtung (14), die dazu ausgebildet ist, einen Eingang (15) und einen Ausgang (16) der zumindest einen Elektrode (10) und/oder der zumindest einen Gruppe (11) von Elektroden (10) parallel zu vermessen, sodass eine Detektionsempfindlichkeit der Detektionsvorrichtung (6) zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne vergrößert ist.
2. Detektionsvorrichtung (6) nach Anspruch 1 , wobei die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, eine beim Vermessen am Eingang (15) gemessene Eingangsinformation (17) und eine beim Vermessen am Ausgang (16) gemessene Ausgangsinformation (18) zu einer Gesamtinformation (19) zu addieren und die Gesamtinformation (19) zum Erkennen zumindest des Teils der Hand (4) auszuwerten.
3. Detektionsvorrichtung (6) nach Anspruch 2, wobei die Detektionsvorrichtung (6) eine erste Elektrode (12) und eine zweite Elektrode (13) umfasst und die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, als Eingangsinformation (17) die erste Elektrode (12) und als Ausgangsinformation (18) die zweite Elektrode (13) zu vermessen.
4. Detektionsvorrichtung (6) nach Anspruch 3, wobei die Detektionsvorrichtung (6) mehrere zweite Elektroden (13) umfasst und die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, als jeweilige Ausgangsinformation (18) die jeweilige zweite Elektrode (13) zu vermessen und die Eingangsinformation (17) mit den mehreren Ausgangsinformationen (18) zur Gesamtinformation (19) zu addieren.
5. Detektionsvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Eingang (15) und Ausgang (16) jeweils ein Schalter (20) angeordnet ist, sodass die Detektionsvorrichtung (6) dazu ausgebildet ist, den Eingang (15) und den Ausgang
(16) der Elektrode (10) und/oder der Gruppe (1 1 ) von Elektroden (10) einzeln zu vermessen.
6. Detektionsvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 3 oder 4 und Anspruch 5, wobei die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, durch entsprechendes Ansteuern der einzelnen Schalter (20) jede Elektrode (10) und/oder Gruppe (11 ) von Elektroden (10) einzeln zu vermessen und durch Auswerten von dabei erfassten Messdaten eine Positionsinformation zu ermitteln, die eine Position des zumindest Teils der Hand (4) im Greifbereich des Lenkrades (2) beschreibt.
7. Detektionsvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, nach dem parallelen Vermessen des Eingangs (15) und des Ausgangs (16) der Elektrode (10) und/oder der Gruppe (11 ) von Elektroden (10) eine Frequenz einer an der Elektrode (10) und/oder der Gruppe (11 ) von Elektroden (10) angelegten Wechselspannung zu variieren, bei der variierten Frequenz das parallele Vermessen zu wiederholen und durch Auswerten des wiederholten parallelen Vermessens festzustellen, ob eine Erkennung des zumindest Teils der Hand (4) im Greifbereich des Lenkrades (2) durch Auswerten des zuvor erfolgten parallelen Vermessens bestätigbar ist oder nicht.
8. Detektionsvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, eine Untergrundinformation (24, 25) zu messen, die ohne dass zumindest der Teil der Hand (4) im Greifbereich des Lenkrades (2) angeordnet ist, stets messbar ist, wobei durch Wahl zumindest eines Bauteils, insbesondere eines Schutzelements, der Detektionsvorrichtung (6) die Untergrundinformation (24, 25) kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist.
9. Detektionsvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, zum Vermessen der Elektrode (10) und/oder Gruppe (1 1 ) von Elektroden (10) zumindest mittels eines Analog-Digital- Umsetzers eine Spannungs- und/oder Strommessung durchzuführen und die hierbei erfassten Messdaten auszuwerten.
10. Detektionsvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, zum Vermessen der Elektrode (10) und/oder Gruppe (11) von Elektroden (10) eine Zeitinformation zu erfassen und auszuwerten, die beschreibt, wie lange es bei einer vorgegebenen Stromquelle dauert, bis eine vorgegebene Spannung erreicht ist.
11 . Detektionsvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (14) dazu ausgebildet ist, zum Vermessen der Elektrode (10) und/oder Gruppe (11) von Elektroden (10) ein Frequenzsignal auszugeben und eine daraufhin auftretende Phasenverschiebung zu erfassen und auszuwerten.
12. Lenkrad (2) mit einer Detektionsvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Lenkrad (2) nach Anspruch 12, wobei die jeweilige Elektrode (10) an zumindest einem Teilbereich einer Innenseite (31) des Lenkrads (2), die einem Lenkradtopf (30) des Lenkrads (2) zugewandt ist; und/oder an zumindest einem Teilbereich einer der Innenseite (31) gegenüberliegenden Außenseite (32) des Lenkrads (2); und/oder an zumindest einem Teilbereich einer Unterseite (35) des Lenkrads (2), die einer Lenksäule (33) des Lenkrads (2) zugewandt ist; und/oder an zumindest einem Teilbereich einer der Unterseite (35) gegenüberliegenden Oberseite (34) des Lenkrads (2) angeordnet ist.
14. Lenkrad (2) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Lenkrad (2) eine Steuervorrichtung (21) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Elektrode (10) und/oder Gruppe (11) von Elektroden (10) in einem ersten Betriebsmodus zum Heizen des Lenkrads (2) anzusteuern und in einem zweiten Betriebsmodus zum Erkennen zumindest eines Teils einer Hand (4) in einem Greifbereich des Lenkrads (2), wobei die beiden Betriebsmodi abwechseln aktiviert sind.
15. Verfahren zur Detektion zumindest eines Teils einer Hand (4) an einem Lenkrad (2) mit einer Detektionsvorrichtung (6), die zumindest eine Elektrode (10) und/oder zumindest eine Gruppe (11) von Elektroden (10) und eine Messvorrichtung (14) umfasst, wobei mittels der Messvorrichtung (14) ein Eingang (15) und ein Ausgang (16) der zumindest einen Elektrode (10) und/oder der zumindest einen Gruppe (11 ) von Elektroden (10) parallel vermessen werden, sodass eine
Detektionsempfindlichkeit der Detektionsvorrichtung (6) zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne vergrößert ist.
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