WO2022157127A1

WO2022157127A1 - Kapazitive sensorvorrichtung, lenkrad mit einer kapazitiven sensorvorrichtung, verfahren zum betrieb einer kapazitiven sensorvorrichtung und/oder eines lenkrads sowie fahrzeug mit einer kapazitiven sensorvorrichtung

Info

Publication number: WO2022157127A1
Application number: PCT/EP2022/050938
Authority: WO
Inventors: Micha Jonathan KIZLER; Georg Poslowsky
Original assignee: Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2022-07-28
Also published as: DE102021101455A1; CN116761751A; EP4281351A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Sensorvorrichtung (10) zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10), ein Lenkrad (100) mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung (10), ein Verfahren zum Betrieb einer kapazitiven Sensorvorrichtung (10) bzw. eines Lenkrads (100) sowie ein Fahrzeug mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung (10), wobei die Sensorvorrichtung (10) eine erste Sensorelektrode (11) mit einem ersten Elektrodenabschnitt (21), eine zweite Sensorelektrode (13) mit einem zweiten Elektrodenabschnitt (22) und eine Messeinrichtung (30) zum Ermitteln einer von einer Stromdifferenz (I1-I2; I2-I1) zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt (21) der wenigstens einen ersten Sensorelektrode (11) fließenden ersten Strom (I1) und einem im zweiten Elektrodenabschnitt (22) der zweiten Sensorelektrode (13) fließenden zweiten Strom (I2) abhängigen Messgröße (UMess, IMess; B1-B2; B2-B1) aufweist, wobei die Messeinrichtung (30) eine elektrische Spule (31) aufweist, und die Spule (31) derart ausgebildet ist und der erste Elektrodenabschnitt (21) der ersten Sensorelektrode (11) und der zweite Elektrodenabschnitt (22) der zweiten Sensorelektrode (13) zumindest abschnittsweise jeweils derart relativ zueinander und jeweils derart relativ zur Spule (31) angeordnet sind und derart mit der Spule (31) gekoppelt sind, dass durch eine Stromdifferenz (I1-I2; I2-I1) zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt (21) fließenden ersten Strom (I1) und einem im zweiten Elektrodenabschnitt (22) fließenden zweiten Strom (I1) eine von der Stromdifferenz (I1-I2; I2-I1) abhängige Messgröße in der Spule (31) erzeugbar ist oder erzeugt wird.

Description

Kapazitive Sensorvorrichtung, Lenkrad mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer kapazitiven Sensorvorrichtung und/oder eines Lenkrads sowie Fahrzeug mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Sensorvorrichtung zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung, vorzugsweise für ein Lenkrad, insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads, wobei die Sensorvorrichtung wenigstens eine erste Sensorelektrode mit einem zugehörigen Detektionsbereich und einem ersten Elektrodenabschnitt und eine zweite Sensorelektrode mit einem zweiten Elektrodenabschnitt aufweist, wobei die wenigstens eine erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode durch ein Dielektrikum zwischen sich voneinander getrennt sind und ein erstes kapazitives Element bilden und die wenigstens eine erste Sensorelektrode ferner mit der Umgebung ein zweites kapazitives Element bildet, und wobei die Sensorvorrichtung ferner eine Messeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine von einer Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt der wenigstens einen ersten Sensorelektrode fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode fließenden zweiten Strom abhängige Messgröße zu ermitteln.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Lenkrad, insbesondere ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, mit einer solchen Sensorvorrichtung.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sensorvorrichtung und/oder eines Lenkrads mit einer solchen Sensorvorrichtung.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere mit einer solchen Sensorvorrichtung.

Gattungsgemäße, kapazitive Sensorvorrichtungen, die dazu eingerichtet sind, auf Basis einer Strommessung eine Änderung einer kapazitiven Kopplung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode durch eine Annäherung einer menschlichen Hand an die Sensorvorrichtung zu erfassen, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, auch für Lenkräder oder Autositze, beispielsweise aus der FR 3 056 291 , welche lehrt, hierfür einen absoluten Stromfluss zwischen der zweiten Elektrode und Masse zu messen.

Durch Störeinflüsse, insbesondere von außen, zum Beispiel durch eine sich ändernde Umgebungstemperatur der Sensorvorrichtung oder eine sich ändernde Luftfeuchtigkeit in der Umgebung kann es zu Kapazitätsänderungen und damit zu einem Drift, d.h. zu einer systematischen Abweichung, des Strommesssignals kommen.

Ebenso ist bekannt, die Änderung der kapazitiven Kopplung basierend auf einer Stromdifferenz der in den beiden Sensorelektroden fließenden Strömen zu ermitteln bzw. zu bestimmen, wobei zur Ermittlung der Stromdifferenz zunächst jeweils die Einzelströme gemessen werden und anschließend aus diesen die gesuchte Stromdifferenz ermittelt wird. Durch die Ermittlung der Stromdifferenz kann ein Drift reduziert oder sogar ganz vermieden werden. Allerdings erfordert das der Ermittlung der Stromdifferenz vorausgehende Messen der beiden Einzelströme eine entsprechend umfangreiche und aufwendige und damit kostenintensive Messeinrichtung.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Sensorvorrichtung bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte Sensorvorrichtung, welche nur eine relativ einfach aufgebaute Messeinrichtung benötigt, aber dennoch eine geringe Driftneigung aufweist und/oder eine einfache Störgrößenkompensation ermöglicht.

Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives, insbesondere verbessertes, Lenkrad mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, ein alternatives, insbesondere verbessertes, Verfahren zum Betrieb einer derartigen kapazitiven Sensorvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer alternativen, insbesondere verbesserten, Sensorvorrichtung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine kapazitive Sensorvorrichtung, durch ein Lenkrad, durch ein Verfahren und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren und werden im Folgenden näher erläutert. Die Patentansprüche werden durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Eine kapazitive Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung ausgebildet, vorzugsweise für ein Lenkrad, insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads, d.h. insbesondere zur „Hands-On-Off-Erkennung“, wobei die Sensorvorrichtung wenigstens eine erste Sensorelektrode mit einem zugehörigen Detektionsbereich und einem ersten Elektrodenabschnitt und eine zweite Sensorelektrode mit einem zweiten Elektrodenabschnitt aufweist. Die wenigstens eine erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode sind dabei durch ein Dielektrikum zwischen sich voneinander getrennt und bilden ein erstes kapazitives Element. Die wenigstens eine erste Sensorelektrode bildet ferner mit der Umgebung ein zweites kapazitives Element. Die Sensorvorrichtung weist ferner eine Messeinrichtung auf, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine von einer Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt der wenigstens einen ersten Sensorelektrode fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode fließenden zweiten Strom abhängige Messgröße zu ermitteln.

Eine erfindungsgemäße, kapazitive Sensorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine elektrische Spule mit wenigstens einer Wicklung aufweist, wobei die Spule derart ausgebildet ist und der erste Elektrodenabschnitt der ersten Sensorelektrode und der zweite Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode zumindest abschnittsweise jeweils derart relativ zueinander und jeweils derart relativ zur Spule angeordnet sind und derart mit der Spule gekoppelt sind, dass durch eine Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt fließenden zweiten Strom eine von der Stromdifferenz abhängige Messgröße in der Spule erzeugbar ist oder erzeugt wird.

Mittels der elektrischen Spule kann auf einfache Art und Weise eine von der Stromdifferenz der in den Sensorelektroden bzw. deren Elektrodenabschnitten fließenden Ströme abhängige Messgröße erzeugt werden, insbesondere eine zur Stromdifferenz proportionale Messgröße, welche mittels der Messeinrichtung erfasst werden kann, wobei die Messeinrichtung dazu besonders bevorzugt wenigstens eine geeignete Messeinheit aufweist, beispielsweise eine Spannungs-Messeinheit, eine Strom-Messeinheit und/oder eine Magnetfluss-Messeinheit. Durch die Erzeugung eines von der Stromdifferenz abhängigen Messignals müssen weder die Einzelströme messtechnisch erfasst werden, noch ist eine schaltungstechnisch aufwendige Differenzbildung erforderlich. Hierdurch kann die Zahl der zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung erforderlichen Komponenten deutlich reduziert werden gegenüber einer Ausgestaltung mit einer Differenzschaltung. Ferner lässt sich eine Sensorvorrichtung bereitstellen, die grundsätzlich (eine entsprechend geeignete Auslegung und Ausgestaltung vorausgesetzt) robust gegenüber Gleichtaktstörungen ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann die Messeinrichtung ferner vorzugsweise dazu ausgebildet und eingerichtet sein, besonders bevorzugt zusätzlich, in Abhängigkeit von der in der Spule erzeugten und erfassten, d.h. gemessenen, Messgröße, die insbesondere durch bzw. in Abhängigkeit von einer Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt fließenden zweiten Strom erzeugt worden ist, einen Absolutwert der der Messgröße zugrundeliegende Stromdifferenz zu ermitteln und gegebenenfalls auch auszugeben.

Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet und kann beispielsweise für die Verwendung in einem Lenkrad zur sogenannten „Hands-On-Off-Detektion“ ausgebildet sein oder beispielsweise für eine Sitzbelegungserkennungsvorrichtung, mit welcher erkannt werden kann, ob ein Sitz von einer menschlichen Person belegt ist oder nicht. Darüber hinaus sind viele weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.

Besonders bevorzugt ist die Sensorvorrichtung dabei derart ausgebildet, dass die Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der wenigstens einen ersten Sensorelektrode jeweils eine erfassbare, der wenigstens einen ersten Sensorelektrode zugeordnete Änderung einer kapazitiven Kopplung dieser Sensorelektrode mit der Umgebung gegenüber einem Referenzzustand ohne Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in dem zugehörigen Detektionsbereich bewirkt. Durch die Änderung der kapazitiven Kopplung der ersten Sensorelektrode mit der Umgebung ändert sich der Stromfluss durch das von der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode gebildete kapazitive Element und damit der Strom in der zweiten Sensorelektrode und infolgedessen wiederum die Stromdifferenz, wobei die Änderung proportional zur Annäherung ist, insbesondere zum Abstand des menschlichen Körperteils zur ersten Sensorelektrode. Dabei stehen die erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode ferner insbesondere nicht in einem direkten elektrischen Kontakt miteinander, sondern sind nur, und das nur indirekt, über das sich zwischen ihnen befindende Dielektrikum miteinander gekoppelt, wobei die zweite Sensorelektrode vorzugsweise nahezu vollständig von dem Dielektrikum umgeben ist, insbesondere vollständig bis auf einen Anschluss zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters, über weichen der Strom abfließen kann.

Das Dielektrikum ist bei einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung dabei insbesondere derart gewählt, dass das von der ersten Sensorelektrode, dem Dielektrikum und der zweiten Sensorelektrode gebildete erste kapazitive Element eine definierte Kapazität aufweist, insbesondere eine Kapazität in einem Bereich von 10 pF bis 100 nF.

Der erste Elektrodenabschnitt der ersten Sensorelektrode und/oder der zweite Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode kann dabei insbesondere jeweils ein elektrisch leitender Anschlussabschnitt der zugehörigen Sensorelektrode sein, beispielsweise jeweils eine elektrische Anschlussleitung der zugehörigen Sensorelektrode . Hierdurch lässt sich eine besonders einfache und bauraumsparende, d.h. platzsparende, Sensorvorrichtung bereitstellen, welche außerdem keine zusätzlichen Komponenten erfordert, gegebenenfalls eventuell nur etwas längere und anders angeordnete Anschlussleitungen.

Eine „elektrische Spule“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Bauelement mit wenigstens einem elektrischen Leiter in Form einer Wicklung, insbesondere mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, der derart gewickelt ist, dass bei einem Stromfluss durch diesen Leiter ein Magnetfeld erzeugt wird, wobei die wenigstens eine Wicklung bevorzugt wenigstens eine vollständige Windung aufweist, insbesondere mehrere vollständige Windungen, wobei die Anzahl der Windungen besonders bevorzugt derart gewählt ist und die Wicklung im Übrigen insbesondere derart ausgebildet ist, dass eine resultierende Induktivität der Wicklung geeignet ist, die von der Stromdifferenz abhängige Messgröße mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen und ein entsprechendes Messsignal zu erzeugen.

In einigen Anwendungsfällen kann eine geeignete Induktivität für die wenigstens eine Wicklung der Spule beispielsweise eine Induktivität von L = 10 pH sein. Alternativ kann eine geeignete Induktivität aber beispielsweise auch L = 1 pH, L = 20 pH, L = 30 pH, L = 50 pH, L = 100 pH oder mehr betragen, beispielsweise L = 500 pH, L = 600 pH oder bis zu L = 10000 pH, je nach Anwendungsfall. Wie geeignet ein Induktivitätswert ist, hängt dabei im Wesentlichen von den Eigenschaften der übrigen Komponenten der Sensorvorrichtung ab, insbesondere von gegebenenfalls weiteren Induktivitäten, insbesondere von gegebenenfalls weiteren, mit der Spule gekoppelten Induktivitäten.

Die wenigstens eine Wicklung der bei einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfindungsgemäß vorgesehenen elektrischen Spule kann dabei insbesondere eine Mess-Wicklung sein, d.h. eine Wicklung, die im Wesentlichen, insbesondere nur, zum Messen, d.h. zum Erfassen, der zu ermittelnden, von der Stromdifferenz abhängigen Größe dient. Oder alternativ eine Wicklung, deren elektrischer Leiter zusätzlich auch wenigstens einem weiteren Zweck dient, beispielsweise zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu einer Elektrode, beispielsweise eines Referenzstroms zur ersten Sensorelektrode und/oder eines Heizstroms zu einer Heizelektrode oder dergleichen.

Die Spule einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung bzw. der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann dabei grundsätzlich eine Luftspule sein, d.h. eine elektrische Spule ohne Spulenkern, oder aber einen Spulenkern aufweisen, insbesondere einen magnetischen oder magnetisierbaren Kern, wobei ein ferromagnetischer Kern sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, insbesondere ein permanentmagnetischer Eisenkern. Eine Spule mit Kern hat den Vorteil, dass sich hierdurch ein stärkeres Messsignal erreichen lässt, was sich vorteilhaft auf die Messgenauigkeit auswirkt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung ferner insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung zu erkennen, insbesondere die Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich eines Lenkrads, wobei die Sensorvorrichtung dazu insbesondere eine Auswerteeinrichtung aufweist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung ferner eine Stromerzeugungseinrichtung auf, wobei insbesondere wenigstens eine der beiden Sensorelektroden mit der Stromerzeugungseinrichtung elektrisch verbindbar oder verbunden ist und mittels der Stromerzeugungseinrichtung mit einem Referenzstrom beaufschlagbar ist, insbesondere über den zugehörigen Elektrodenabschnitt der Sensorelektrode .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Stromerzeugungseinrichtung eine Wechselstromerzeugungseinrichtung und insbesondere dazu ausgebildet einen Wechselstrom als Referenzstrom zu erzeugen. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise ein erforderlicher Stromfluss durch das erste kapazitive Element von der ersten Sensorelektrode in die andere, zweite Sensorelektrode zur Ermittlung der kapazitiven Kopplung bzw. der Änderung dieser mit der Umgebung erreicht werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer kapazitiven Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die erste Sensorelektrode mit der Stromerzeugungseinrichtung elektrisch verbindbar oder verbunden und kann mit dem Referenzstrom beaufschlagt werden, wobei mittels der Messeinrichtung insbesondere eine von der Stromdifferenz aus dem in die erste Sensorelektrode hineinfließenden Referenzstrom und dem aus der zweiten Sensorelektrode abfließenden Messstrom abhängige Messgröße erfasst werden kann, vorzugsweise quantitativ gemessen werden kann, und mittels der Auswerteeinrichtung auf die Stromdifferenz bzw. eine Annäherung und/oder Berührung oder eben keine Annäherung oder Berührung geschlossen werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer kapazitiven Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Messeinrichtung ferner insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet, eine von einer Stromdifferenz zwischen einem in der mit dem Referenzstrom beaufschlagten Sensorelektrode fließenden Strom und einem in der anderen Sensorelektrode fließenden Messstrom abhängige Messgröße zu ermitteln, insbesondere eine von einer Stromdifferenz zwischen einem im zugehörigem Elektrodenabschnitt der mit dem Referenzstrom beaufschlagten Sensorelektrode fließenden Referenzstrom und einem in dem zugehörigen Elektrodenabschnitt der anderen Sensorelektrode fließenden Messstrom abhängige Messgröße .

Sind der Referenzstrom und der Messstrom gleich groß oder nahezu gleich groß bis auf kleinste, insbesondere nicht zu vermeidende, verlustbedingte Abweichungen, kann davon ausgegangen werden, dass sich kein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, d.h. es liegt insbesondere keine Annäherung und/oder Berührung vor, da der gesamte Referenzstrom, mit welchem eine der beiden Sensorelektroden, vorzugsweise die erste Sensorelektrode, während des Betriebs bzw. bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung beaufschlagt wird, nur über die andere der beiden Sensorelektroden, vorzugsweise nur über die zweite Sensorelektrode abfließen kann, was in einem nahezu gleichgroßen Messstrom resultiert.

Bei Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung hingegen, beispielsweise bei Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand an ein Lenkrad mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, insbesondere an die erste Sensorelektrode, ändert sich die von der ersten Sensorelektrode und der Umgebung gebildete erste Kapazität. Ferner bildet sich eine Kapazität zwischen dem menschlichen Körperteil und der ersten Sensorelektrode aus, über welche ebenfalls Referenzstrom, insbesondere zumindest ein Anteil von diesem, abfließen kann, wie eine Art „Fehlerstrom“ in einem sogenannten Fehlerstromschutzschalter (FI-Schutzschalter). Folglich verringert sich der über die andere, insbesondere zweite, Sensorelektrode abfließende Strom und damit der Messstrom, was durch die Messeinrichtung erfasst werden kann, wobei die Differenz zwischen Referenzstrom und Messstrom bei Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung zunimmt.

Die Differenz zwischen Referenzstrom und Messstrom ist dabei proportional zum Abstand des menschlichen Körperteils zur Sensorelektrode, so dass in Abhängigkeit von dem Differenzstromwert insbesondere auf die Ausprägung der Anwesenheit (Annäherung, Berührung, konstante Position im Detektionsbereich etc.) geschlossen werden kann.

Durch die Auswertung der Stromdifferenz der in den beiden Sensorelektroden, insbesondere in der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode, fließenden Ströme, ähnlich wie bei einem Fehlerschutzschalter, insbesondere durch die Ermittlung einer Differenz zwischen einem in die erste Sensorelektrode hineinfließenden Strom und einem über die zweite Sensorelektrode abfließenden Strom, können systematische Abweichungen weitestgehend eliminiert werden und somit die negativen Auswirkungen einer systematischen Abweichung reduziert oder sogar vermieden werden. Dies ermöglicht beispielsweise auch ein Erkennen eines langsamen Loslassens eines Lenkrads, was bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Sensorvorrichtung, bei welcher nur ein absolut gemessener Strom als Grundlage für die Erkennung einer Annäherung und/oder Berührung dient, nicht von einer temperaturbedingten, systematischen Abweichung, d.h. von einem temperaturbedingten Drift des Strommesswerts, unterschieden werden kann.

Hierdurch kann bei einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in vielen Fällen auf ein Abschirmelement verzichtet werden, insbesondere auf ein thermisches Abschirmelement, mittels welchem ein temperaturbedingter Drift reduziert werden kann, insbesondere eine temperaturbedingte Kapazitätsänderung zwischen der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode, von welcher unmittelbar die Größe des über die zweite Sensorelektrode abfließenden Stroms abhängt. Infolgedessen ermöglicht eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung die Bereitstellung einer einfacheren, leichteren und in der Regel auch kostengünstigeren Sensorvorrichtung, insbesondere die Bereitstellung eines einfacheren, leichteren und in vielen Fällen auch kostengünstigeren Lenkrads mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung.

Ferner kann mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtungen in vielen Fällen auf einfache Art und Weise eine systematische Abweichung erkannt werden, insbesondere ein Temperaturdrift, nämlich durch einen Vergleich beider Strommesswerte mit früheren, d.h. zeitlich zurückliegenden, Strommesswerten und/oder einem oder mehreren zugehörigen Referenzwerten. Sind beispielsweise beide Strommesswerte grundsätzlich jeweils höher als zu Beginn einer jeweiligen Messreihe oder als zugehörige Referenzstrommesswerte, liegt mit großer Wahrscheinlichkeit eine systematische Abweichung vor, beispielsweise ein Temperaturdrift infolge einer Aufheizung der Sensorelektroden durch Sonneneinstrahlung.

In einer weiteren und besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der Stromdifferenz zwischen Referenzstrom und Messstrom, insbesondere in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße, eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung zu erkennen, insbesondere die Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich eines Lenkrads, wobei die Sensorvorrichtung, insbesondere die Auswerteeinrichtung, dazu eingerichtet ist, zu erkennen, ob eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung vorliegt oder nicht (ja/nein). Dadurch lässt sich auf vorteilhafte Art und Weise eine sogenannte „Hands-On-Off-Detektion“ realisieren. Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ermöglicht aufgrund der Reduzierung bzw. Elimination einiger, typischerweise während des Betriebs einer kapazitiven Sensorvorrichtung auftretenden systematischen Abweichungen eine besonders genaue „Hands-On-Off-Detektion“.

Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ferner dazu eingerichtet, zu spezifizieren, ob es sich jeweils um eine Annäherung oder eine Berührung oder eine in ihrer Position nicht veränderliche Anwesenheit des menschlichen Körperteils im Detektionsbereich handelt.

In einer weiteren möglichen und besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, insbesondere sofern eine Anwesenheit eines Körperteils im Detektionsbereich erkannt worden ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße und der dieser zugrundeliegenden Stromdifferenz zwischen Referenzstrom und Messstrom eine für eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode charakteristische Größe zu bestimmen, vorzugsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, insbesondere eine, eine Annäherung einer menschlichen Hand an einen Greifbereich eines Lenkrads und/oder eine, eine Berührung des Greifbereichs eines Lenkrads mit einer menschlichen Hand charakterisierende Größe, beispielsweise einen Abstand und/oder eine Position des Körperteils.

Dabei ist die Auswerteeinrichtung besonders bevorzugt insbesondere dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße einen Abstand eines menschlichen Körperteils von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode und/oder einer definierten Bezugsbasis zu bestimmen, insbesondere den Abstand einer menschlichen Hand von einem Greifbereich eines Lenkrads. Dazu ist die Sensorvorrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Messgröße proportional zu einem Abstand des menschlichen Körperteils von der Sensorvorrichtung, insbesondere von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode, ist.

In einer Weiterbildung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind der erste Elektrodenabschnitt und der zweite Elektrodenabschnitt insbesondere derart ausgebildet und derart relativ zueinander angeordnet, dass ein im ersten Elektrodenabschnitt fließender Strom und ein im zweiten Elektrodenabschnitt fließender Strom wenigstens im Bereich der Spule entgegenrichtet fließen und/oder jeweils entgegengerichtete magnetische Flüsse in der Spule erzeugen, insbesondere derart, dass sich in einem Referenzzustand der Spule der im ersten Elektrodenabschnitt fließende Strom und der im zweiten Elektrodenabschnitt fließende Strom zumindest in einem Einwirkbereich auf die Spule zumindest teilweise aufheben, insbesondere vollständig und/oder sich die jeweils in der Spule erzeugten, entgegengerichteten magnetischen Flüsse zumindest teilweise aufheben, insbesondere vollständig. Hierdurch können systematische Abweichungen weitestgehend eliminiert werden, insbesondere durch den Referenzstrom verursachte systematische Abweichungen, und somit die negativen Auswirkungen einer systematischen Abweichung reduziert oder sogar vermieden werden.

Als „Referenzzustand“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Zustand verstanden, in welchem sich kein kapazitiv wirksames Eingabemittel im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet.

In einer möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in der Spule erzeugbare oder erzeugte und von der Stromdifferenz abhängige Messgröße eine elektrische Spannung, insbesondere eine in der wenigstens einen Wicklung der Spule erzeugbare elektrische Spannung, und die Messeinrichtung weist eine Spannungs-Messeinheit zum Messen dieser elektrischen Spannung auf. Dies ermöglicht einen besonders einfachen und damit kostengünstigen Aufbau der Messeinrichtung und damit die Bereitstellung einer besonders einfachen und kostengünstigen Sensorvorrichtung.

Hierfür hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Spule insbesondere derart ausgebildet ist und der erste Elektrodenabschnitt der ersten Sensorelektrode und der zweite Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode zumindest abschnittsweise jeweils derart relativ zueinander angeordnet sind und jeweils derart relativ zu der Spule angeordnet sind, dass durch eine Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt fließenden zweiten Strom eine von der Stromdifferenz abhängige elektrische Spannung, insbesondere eine zur Stromdifferenz proportionale elektrische Spannung, in der Spule erzeugbar ist oder erzeugt wird, insbesondere in der wenigstens einen Wicklung der Spule, wobei die von der Stromdifferenz abhängige Messgröße insbesondere eine über die wenigstens eine Wicklung der elektrischen Spule abfallende Spannung ist bzw. ein zugehöriger Spannungsabfall.

Eine besonders einfache und vorteilhafte Ausgestaltung einer Messeinrichtung hierfür ergibt sich, wenn die Spule, insbesondere die wenigstens eine Wicklung der Spule, einen ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontakt aufweist, wobei die elektrische Spannung, die in der Spule bzw. deren wenigstens einen Wicklung durch die Stromdifferenz zwischen dem im ersten Elektrodenabschnitt fließenden ersten Strom und dem im zweiten Elektrodenabschnitt fließenden zweiten Strom erzeugbar ist oder erzeugt wird, zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt der Spule erzeugbar ist oder erzeugt wird.

Zum Erfassen der Spannung in der wenigstens einen Wicklung der Spule, insbesondere der über die Wicklung abfallenden Spannung, weist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Messeinrichtung, bevorzugt eine Spannungs-Messeinheit auf, insbesondere eine Spannungs-Messeinheit zum Messen einer zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt der Spule erzeugten bzw. abfallenden elektrischen Spannung .

Besonders bevorzugt ist die Messeinrichtung ferner dazu ausgebildet und eingerichtet, in Abhängigkeit von der gemessenen elektrischen Spannung, die in der Spule erzeugt worden ist, insbesondere durch eine Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt fließenden zweiten Strom, die dieser zugrundeliegende Stromdifferenz zu ermitteln.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung befinden sich hierfür der erste Elektrodenabschnitt und/oder der zweite Elektrodenabschnitt zumindest teilweise innerhalb der Spule, d.h. in einem Raum innerhalb der Spule bzw. sind zumindest teilweise im Inneren der Spule angeordnet.

Beispielsweise können der erste Elektrodenabschnitt und/oder der zweite Elektrodenabschnitt zumindest abschnittsweise innerhalb der Spule verlaufen bzw. zumindest abschnittsweise im Inneren durch die Spule geführt sein und/oder das Innere der Spule kreuzen. Je nach Geometrie der Spule können der erste Elektrodenabschnitt und/oder der zweite Elektrodenabschnitt dabei zumindest abschnittsweise neben den Windungen, insbesondere parallel zu diesen, oder innerhalb der Windungen der wenigstens einen Wicklung verlaufen.

Die elektrische Spule einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann dabei beispielsweise eine Toroidspule sein und in Umfangsrichtung nahezu geschlossen gewickelt sein oder aber sich nur über einen Teil des Umfangs erstrecken.

Alternativ kann die Spule auch eine gerade Zylinderspule oder eine Quaderspule sein, d.h. eine Spule mit einer zylinderförmigen Außenkontur der Wicklung oder mit einer quaderförmigen Grundfläche der Wicklung, d.h. einer rechteckigen oder quadratischen Grundfläche der Wicklung. Die wenigstens eine Wicklung kann dabei rahmenförmig verlaufen, insbesondere beispielsweise entlang eines viereckigen Rahmens, und in „Umfangsrichtung“ des Rahmens offen oder geschlossen (d.h. über den kompletten Umfang des Rahmens) ausgebildet sein. Denkbar sind prinzipiell aber auch andere Geometrien.

Bei einer Kreisring-Spule, einer sogenannten Toroidspule beispielsweise können der erste Elektrodenabschnitt und/oder der zweite Elektrodenabschnitt zumindest abschnittsweise parallel zu oder entlang einer Geometrie-Zentrumsachse oder -bahn der wenigstens einen Wicklung verlaufen, d.h. parallel zu oder entlang einer Achse oder Bahn, die entlang eines geometrischen Zentrums der wenigstens der Spule verläuft. Ist die Spule beispielsweise eine Kreisring-Spule und bildet das Zentrum des Kreisrings das Geometrie-Zentrum, können der erste Elektrodenabschnitt und/oder der zweite Elektrodenabschnitt sich zumindest abschnittsweise insbesondere entlang oder parallel zu einer Achse erstrecken, welche das Geometrie-Zentrum der Spule schneidet und senkrecht auf einer Kreisringebene steht, in welcher sich die Spule erstreckt, ähnlich zu einer aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannten, sogenannten Rogowski-Spule.

Fließt ein Strom durch die Elektrodenabschnitte der Sensorelektroden, entsteht ein magnetischer Fluss in der Spule, durch welchen wiederum in der wenigstens einen Wicklung der Spule eine Spannung bzw. ein Strom erzeugt wird, wobei die erzeugte Spannung bzw. der erzeugte Strom von der Stromdifferenz in den Elektrodenabschnitten abhängt.

In einer möglichen Ausgestaltung, insbesondere wenn die Spule eine Luftspule ist, können der erste Elektrodenabschnitt und/oder der zweite Elektrodenabschnitt alternativ auch zumindest abschnittsweise im Inneren der wenigstens einen Wicklung geführt sein, d.h. im Inneren der Windungen, insbesondere entlang oder parallel zu einer Windungs- Zentrumsachse. Dies ist jedoch von der Herstellung her komplizierter, da es aufwendiger ist, die Elektrodenabschnitte entsprechend anzuordnen.

Ist die Spule beispielsweise eine gerade Spule können der erste Elektrodenabschnitt und/oder der zweite Elektrodenabschnitt insbesondere im Inneren der Windungen entlang der Längsachse in der Spule geführt sein (sofern die Spule eine Luftspule ist).

Eine Kreisringspule hat den Vorteil, dass bei einer Anordnung der Elektrodenabschnitte im geometrischen Zentrum bzw. nahe bei diesem bzw. parallel zur Geometrie- Zentrumsachse ein Abstand der Wicklung, insbesondere ein mittlerer Abstand der Wicklung nahezu konstant zu den Elektrodenabschnitten ist, im Gegensatz beispielsweise zu einer Spule, die wie ein rechteckiger Rahmen geformt ist. Ferner lässt sich in einer Kreisringspule, unabhängig davon ob mit oder ohne Kern, ein gleichmäßigerer magnetischer Fluss erzeugen und infolgedessen eine gleichmäßigere Messgröße. Aufgrund dessen lässt sich daher in vielen Fällen mit einer Kreisringspule eine höhere Signalqualität des Messignals bzw. der Messgröße erreichen und damit eine höhere Messgenauigkeit. Daher ist eine Toroidspule besonders vorteilhaft.

In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in der Spule erzeugbare oder erzeugte und von der Stromdifferenz abhängige Messgröße ein elektrischer Strom, insbesondere ein in der wenigstens einen Wicklung der Spule fließender Strom, wobei die Messeinrichtung bevorzugt eine Strom-Messeinheit zum Messen dieses elektrischen Stroms aufweist.

Hierfür hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Spule insbesondere derart ausgebildet ist und der erste Elektrodenabschnitt der ersten Sensorelektrode und der zweite Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode zumindest abschnittsweise jeweils derart relativ zueinander angeordnet sind und jeweils derart relativ zu der Spule angeordnet sind und derart mit der Spule gekoppelt sind, dass durch eine Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt fließenden zweiten Strom ein von der Stromdifferenz abhängiger elektrischer Strom, insbesondere ein zur Stromdifferenz proportionaler elektrischer Strom, in der Spule erzeugbar ist oder erzeugt wird, insbesondere in der wenigstens einen Wicklung der Spule .

Eine besonders einfache und vorteilhafte Ausgestaltung einer Messeinrichtung hierfür ergibt sich, wenn die Spule, insbesondere die wenigstens eine Wicklung der Spule, einen ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontakt aufweist, wobei der elektrische Strom, der in der Spule bzw. in der wenigstens einen Wicklung durch die Stromdifferenz erzeugbar ist oder erzeugt wird, zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt in der Spule fließt.

Zum Erfassen des Stroms in der wenigstens einen Wicklung der Spule weist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Messeinrichtung, bevorzugt eine Strom-Messeinheit auf, insbesondere eine Strom-Messeinheit zum Messen eines zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt in der Spule fließenden Stroms.

Besonders bevorzugt ist die Messeinrichtung ferner dazu ausgebildet und eingerichtet, in Abhängigkeit von dem gemessenen elektrischen Strom, der in der Spule fließt, insbesondere in der wenigstens einen Windung, ferner die dieser zugrundeliegende absolute Stromdifferenz zu ermitteln. Dies erlaubt weitere Auswertungen und die Implementierung weiterer Funktionen.

Ein elektrischer Strom als Messgröße kann dabei grundsätzlich alternativ oder zusätzlich zu einer elektrischen Spannung als Messgröße erfasst werden. Eine zusätzliche Erfassung ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Plausibilisierung, wodurch eine höhere Funktionssicherheit gewährleistet werden kann. Je nach Ausgestaltung der Sensorvorrichtung lässt sich dies insbesondere mithilfe nur einer weiteren Messeinheit und insbesondere ohne weitere zusätzliche Komponenten im Bereich der Spule realisieren.

Zum Erfassen einer elektrischen Spannung und eines elektrischen Stroms als Messgröße hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die wenigstens eine Wicklung der Spule eine Mess-Wicklung ist, wobei insbesondere über eine entsprechende Spannungs- Messeinheit eine über der Mess-Wicklung abfallende Spannung, die in Abhängigkeit von der Stromdifferenz erzeugt worden ist, erfasst werden kann, und über eine entsprechende Strom-Messeinheit ein in der Mess-Wicklung fließender elektrischer Strom.

Fließt ein Strom durch die durch die Elektrodenabschnitte gebildeten Wicklungen, entsteht ein magnetischer Fluss in der Spule durch welchen wiederum in der Mess-Wicklung eine Spannung bzw. ein Strom erzeugt wird, wobei die erzeugte Spannung bzw. der erzeugte Strom von der Stromdifferenz in den Elektrodenabschnitten abhängt.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der elektrischen Spule, bei welcher die wenigstens eine Wicklung der Spule eine Mess-Wicklung ist und der erste Elektrodenabschnitt und der zweite Elektrodenabschnitt jeweils eine weitere Wicklung der Spule bilden, wobei die einzelnen Wicklungen insbesondere über einen gemeinsamen Spulenkern miteinander gekoppelt sind, insbesondere magnetisch. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine vorteilhafte, erfindungsgemäße Sensorvorrichtung bereitstellen.

Besonders bevorzugt bilden der erste Elektrodenabschnitt und der zweite Elektrodenabschnitt jeweils eine weitere Wicklung mit jeweils mehreren Windungen, wobei die Elektrodenabschnitte bzw. die aus diesen gebildeten Windungen insbesondere derart angeordnet sind, dass die Ströme bzw. die durch die in den Elektrodenabschnitte fließenden Ströme in der Spule erzeugten magnetischen Flüsse sich aufheben, wenigstens in einem Referenzzustand der Sensorvorrichtung . Hierdurch können systematische Einflüsse der in den Elektrodenabschnitten fließenden Ströme auf die Messgröße reduziert bzw. sogar ganz eliminiert werden, was sich vorteilhaft auf die Messgenauigkeit und die Robustheit der Sensorvorrichtung auswirkt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung für eine derartige Sensorvorrichtung lässt sich insbesondere mit einer Kreisringspule mit magnetischem oder magnetisierbarem Kern erreichen, insbesondere mit einem ferromagnetischen Kern, d.h. mit einer Toroidspule, welche bevorzugt einen ringförmigen, permanentmagnetischen, ferromagnetischen Kern aufweist. Die einzelnen Wicklungen bzw. deren Windungen, d.h. die Mess-Wicklung und die durch die Elektrodenabschnitte gebildeten weiteren Wicklungen, sind dabei besonders bevorzugt jeweils um diesen Kern gewickelt, d.h. um denselben Kern. Durch die in den Elektrodenabschnitten fließenden Ströme, insbesondere durch die resultierende Stromdifferenz bei entsprechender Anordnung der Wicklungen, wird ein von der Stromdifferenz abhängiger magnetischer Fluss im Spulenkern erzeugt, der wiederum zu einem von der Stromdifferenz abhängigen Strom bzw. einer von der Stromdifferenz abhängigen Spannung in der Mess-Wicklung führt und als Messgröße erfasst werden kann.

Alternativ können die Elektrodenabschnitte auch jeweils zumindest abschnittsweise weitere Wicklungen einer weiteren Spule bilden, insbesondere einer Sekundär-Spule, die jedoch über einen gemeinsamen magnetischen oder magnetisierbaren Kern, insbesondere einen gemeinsamen ferromagnetischen Kern, mit der Spule mit der Mess-Wicklung (Pri- mär-Spule) gekoppelt ist (ähnlich wie bei einem Trafo), so dass über den im Kern in Abhängigkeit von der Stromdifferenz in den Elektrodenabschnitten in der Mess-Wicklung ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung erzeugt wird, die als Messgröße erfasst werden kann.

Die Anzahl der Windungen der weiteren Wicklungen sind im Verhältnis zur Anzahl der Windungen der Mess-Wicklung dabei insbesondere derart gewählt, dass eine ausreichend genaue Messung möglich ist, insbesondere ein ausreichend starkes Messsignal für eine zuverlässige und genaue Erfassung der Messgröße erzeugt wird. Im Ergebnis kommt es dabei insbesondere auf das Verhältnis der absoluten Induktivitäten der einzelnen Wicklungen relativ zueinander an.

In einigen Fällen ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn die Mess-Wicklung und die durch die beiden Elektrodenabschnitte gebildeten weiteren Wicklungen jeweils in etwa die gleiche Induktivität aufweisen, beispielsweise jeweils eine Induktivität von jeweils etwa L = 10 pH. Alternativ kann eine geeignete Induktivität aber beispielsweise auch L = 20 pH, L = 30 pH, L = 50 pH, L = 100 pH oder mehr betragen, beispielsweise L = 500 pH, L = 600 pH oder bis zu L = 1000 pH, je nach Anwendungsfall.

In einer weiteren möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die in der Spule erzeugbare oder erzeugte und von der Stromdifferenz abhängige Messgröße auch ein magnetischer Fluss sein, insbesondere ein in der Spule fließender magnetischer Fluss, insbesondere ein in einem Kern der Spule fließender magnetischer Fluss, wobei die Messeinrichtung in diesem Fall insbesondere eine Magnetfluss-Messeinheit zum Messen dieses magnetischen Flusses aufweist, beispielsweise wenigstens einen Hall-Sensor . Diese Ausgestaltung erfordert besonders wenige Wicklungen und ist daher hinsichtlich der Anzahl der benötigten Bauteile besonders vorteilhaft.

Ein magnetischer Fluss als Messgröße kann dabei grundsätzlich alternativ oder zusätzlich zu einer elektrischen Spannung und/oder einem elektrischen Strom als Messgröße erfasst werden. Eine zusätzliche Erfassung ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Plausibilisierung, wodurch eine höhere Funktionssicherheit gewährleistet werden kann. Je nach Ausgestaltung der Sensorvorrichtung lässt sich dies insbesondere mithilfe nur einer weiteren Messeinheit, beispielsweise einem einfachen Hall-Sensor, und insbesondere ohne weitere zusätzliche Komponenten im Bereich der Spule realisieren.

In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, unabhängig davon, ob die erfasste Messgröße eine Spannung, eine Strom und/oder ein magnetischer Fluss ist, wenn die Messeinrichtung ferner eine Messsignal-Verstärkungseinrichtung aufweist, beispielsweise eine entsprechende Verstärker-Schaltung, um eine ausreichend genaue Auswertung zu ermöglichen. In vielen Fällen kann bereits eine einfache Signalverstärkung ausreichend sein.

Zum Erfassen eines magnetischen Flusses als Messgröße mittels der Spule bzw. in der Spule hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Spule wenigstens eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung und einen magnetischen oder magnetisierbaren Kern aufweist, insbesondere einen ferromagnetischen Kern, wobei die erste Wicklung durch den ersten Elektrodenabschnitt gebildet ist und die zweite Wicklung durch den zweiten Elektrodenabschnitt . Eine zusätzliche Mess-Wicklung ist nicht zwingend erforderlich. Der im Kern in Abhängigkeit von der Stromdifferenz erzeugte magnetische Fluss kann beispielsweise mithilfe eines Hall-Sensorelements direkt abgegriffen bzw. erfasst werden.

Eine besonders einfache Ausgestaltung für eine derartige Sensorvorrichtung lässt sich beispielsweise mit einer Kreisring-Spule mit einem ringförmigen, jedoch nicht vollständig geschlossenen, magnetischen Ringkern erreichen, der zwischen seinen Ringenden einen kleinen Luftspalt aufweist, in welchen ein Hall-Sensorelement hineinragt, um einen durch den Spalt in Umfangsrichtung fließenden resultierenden magnetischen Fluss zu erfassen.

In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften, möglichen Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sensorvorrichtung insbesondere mehrere erste Sensorelektroden mit jeweils einem zugehörigen Detektionsbereich aufweisen, wie beispielsweise in der DE 102019120136.5 beschrieben, wobei die mehreren ersten Sensorelektroden jeweils elektrisch isoliert voneinander und über eine Detektionsfläche der Sensorvorrichtung verteilt angeordnet oder anordbar sein können, beispielsweise über wenigstens einen Teil eines Greifbereichs eines Lenkrads verteilt oder über die gesamte Greiffläche eines Lenkrads verteilt, und insbesondere jeweils mit einem definierten Referenzstrom beaufschlagbar sind, wobei jede erste Sensorelektrode bevorzugt einem oder mehreren Sektoren zugeordnet ist und die Sensorvorrichtung insbesondere dazu eingerichtet ist, jeweils sektorweise eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils zu erkennen, insbesondere sektorweise eine Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand, wobei die Sensorvorrichtung besonders bevorzugt dazu eingerichtet ist, sofern in wenigstens einem Sektor eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils erkannt worden ist, daraus insbesondere eine Position dieses menschlichen Körperteils zu bestimmen. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art, insbesondere mit wenigen Zusatzkomponenten, eine Positionsbestimmung realisieren, mittels welcher sich umfangreiche Funktionen, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen in einem Fahrzeug, realisieren lassen.

Sind mehrere erste Sensorelektroden vorgesehen und ist die Sensorvorrichtung für eine jeweils sektorweise Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils eingerichtet, kann insbesondere aus dem Verhältnis der erfassten und den einzelnen der mehreren ersten Sensorelektroden zugeordneten Änderungen der kapazitiven Kopplungen mit der Umgebung bzw. aus den daraus jeweils resultierenden Stromdifferenzen und den davon abhängigen Messgrößen eine Position eines menschlichen Körperteils, das sich im Detektionsbereich der Sensorelektroden befindet, bestimmt werden. Je nach Unterteilung und Anordnung der einzelnen Sensorelektroden ist eine entsprechende Ortsauflösung möglich. Hierfür sind besonders bevorzugt jeweils wenigstens zwei der ersten Sensorelektroden kämmend miteinander angeordnet, insbesondere wie in der DE 10 2014 117 823 oder der DE 10 2014 117 821 beschrieben, auf welche hiermit für vorteilhafte Sensorelektrodenstrukturen zu diesem Zweck explizit verwiesen wird.

Darüber hinaus können auch ein oder mehrere zweite Sensorelektroden vorgesehen sein, wie beispielsweise ebenfalls in der DE 102019120136.5 beschrieben, auf welche hiermit für vorteilhafte Sensorelektrodenstrukturen zu diesem Zweck explizit verwiesen wird.

Mithilfe mehrerer erster und/oder zweiter Sensorelektroden kann nicht nur eine Position eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung bestimmt werden, sondern beispielsweise auch eine durch eine ungleichmäßige Sonneneinstrahlung entstehende, ungleichmäßige Aufheizung der Sensorvorrichtung und eine infolgedessen ungleichmäßig verteilte, entstandene systematische Abweichung, welche durch einen gewöhnlichen, und insbesondere einzigen Temperatursensor in der Regel nicht erkannt und infolgedessen nicht kompensiert werden kann. Somit kann mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer derartigen Ausgestaltung mit mehreren ersten und/oder zweiten Sensorelektroden die Erkennungsgenauigkeit noch weiter verbessert werden.

In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Auswerteeinrichtung, ferner dazu eingerichtet, wenigstens eine Störgröße rechnerisch zu kompensieren, insbesondere wenigstens eine durch eine parasitäre Kapazität entstehende Störgröße, wobei die parasitäre Kapazität insbesondere klein gegenüber einer Kapazitätsänderung bei einer Anwesenheit, insbesondere einer Annäherung und/oder Berührung, eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich ist, und/oder eine auf einer temperaturbedingten systematischen Abweichung basierende Störgröße.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensorvorrichtung, insbesondere die Stromerzeugungseinrichtung und/oder die Messeinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung, eine oder mehre Schaltungen auf, insbesondere diskrete Schaltungen und/oder Schaltelemente, beispielsweise ein oder mehrere Operationsverstärker und/oder ein oder mehrere Filtereinrichtungen (Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass-) und/oder einen oder mehrere Widerstände, wobei wenigstens eine Schaltung vorzugsweise ein integrierter Schaltkreis (IC) ist, insbesondere ein anwendungsspezifischer, integrierter Schaltkreis (ASIC), wobei ein ASIC besonders vorteilhaft erscheint: einerseits wegen der zu erwartenden geringen Ströme sowie andererseits wegen einer erreichbaren kompakten und extrem wenig Platz erfordernden Ausgestaltung.

In einer weiteren, insbesondere besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet, wenigstens ein Sensorsignal auszugeben, das eine Signalinformation enthält, welche eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung charakterisiert, vorzugswese eine Berührung und/oder eine Annäherung, insbesondere eine Berührung und/oder eine Annäherung einer menschlichen Hand an einen Greifbereich eines Lenkrads, beispielsweise ein Sensorsignal mit einer Signalinformation, ob sich ein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, und wenn ja, vorzugsweise wo im Detektionsbereich und/oder insbesondere mit welchem Abstand zu einer Greiffläche, und/oder ob es sich annähert oder entfernt oder eine Greiffläche berührt. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte und umfangreiche Funktionen, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen, realisieren.

Ein erfindungsgemäßes Lenkrad mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Sensorvorrichtung aufweist, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft eine „Hands-On-Off-Detektion“ realisieren, insbesondere auf besonders einfache Art und Weise und besonders genau.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Lenkrad dabei einen metallischen, elektrisch leitfähigen, umlaufend um eine Drehachse des Lenkrads ausgebildeten Lenkradkranzkern auf, wobei der Lenkradkranzkern zumindest teilweise, insbesondere vollständig, die zweite Sensorelektrode bildet. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und wenige Teile erfordernde Ausgestaltung eines Lenkrads, da in der Regel jedes Lenkrad generell über einen entsprechenden Lenkradkranzkern verfügt.

Statt der zumindest teilweisen Verwendung des Lenkradkranzkerns als zweite Sensorelektrode kann alternativ oder zusätzlich zu einem Lenkradkranzkern auch wenigstens eine weitere Elektrode vorgesehen sein, welche als zweite Sensorelektrode genutzt wird. Für eine optimale Funktion der Sensorvorrichtung ist, wenn der Lenkradkranzkern als zweite Sensorelektrode genutzt wird, dieser dabei nahezu vollständig von einem Dielektrikum umgeben, insbesondere vollständig bis auf einen Anschluss zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters, über welchen ein (Mess-)Strom abfließen kann. Der Lenkradkranzkern ist dabei insbesondere nicht vor einer Abgriffsstelle, an welcher ein von der zweiten Sensorelektrode abfließender Strom zur Erfassung der von der Stromdifferenz abhängigen Messgröße abgegriffen wird, anderweitig als über diesen einen Leiter, über weichen der Strom abfließen kann, kontaktiert und/oder liegt an Masse an. D.h. mit anderen Worten, dass der Lenkradkranzkern bzw. eine jeweilige zweite Sensorelektrode in Stromflussrichtung nicht vor dieser Abgriffsstelle anderweitig kontaktiert sein sollte, beispielsweise mit einer Fahrzeugmasse (GND bzw. 0V), insbesondere dem Massepol der Fahrzeugbatterie, um einen korrekten (Mess-)Strom zu gewährleisten.

Besonders bevorzugt weist das Lenkrad ferner außerdem eine, insbesondere geschlossene, äußere Umhüllung auf, vorzugsweise aus Leder und/oder aus Kunststoff, vorzugsweise mit einer Greiffläche, welche sich insbesondere über nahezu die gesamte Umhüllung erstreckt. Der Detektionsbereich kann sich dabei über die gesamte Greiffläche des Lenkrads oder nur über einen Teil der Greiffläche erstrecken.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung ist die wenigstens eine erste Sensorelektrode bevorzugt in radialer Richtung zwischen einer äußeren Umhüllung des Lenkrads und dem Dielektrikum angeordnet, wobei, wenn das Lenkrad mehrere erste Sensorelektroden aufweist, vorzugsweise sämtliche der ersten Sensorelektroden jeweils zwischen einer äußeren Umhüllung des Lenkrads und dem Dielektrikum angeordnet sind. Hierdurch kann eine besonders gute Erkennung erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Lenkrad wenigstens eine Heizelektrode auf, insbesondere eine Heizmatte, wobei wenigstens eine erste Sensorelektrode zumindest teilweise oder vollständig durch wenigstens eine Heizelektrode gebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und wenige Teile erfordernde Ausgestaltung eines Lenkrads, da in der Regel jedes Lenkrad generell über einen entsprechenden Lenkradkranzkern verfügt. Statt der zumindest teilweisen Verwendung einer oder mehrerer Heizelektroden als eine oder mehrere erste Sensorelektroden kann alternativ oder zusätzlich zu einer oder mehreren ersten Sensorelektroden auch wenigstens eine weitere Elektrode vorgesehen sein, welche nur als Heizelektrode genutzt wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung weist die wenigstens eine Heizelektrode dabei zwei Anschluss- Heizelektrodenabschnitte aufweist, insbesondere einen ersten Anschluss- Heizelektrodenabschnitt und einen zweiten Anschluss-Heizelektrodenabschnitt, und die beiden Anschluss-Heizelektrodenabschnitte sind insbesondere jeweils derart ausgebildet und jeweils derart relativ zueinander und jeweils derart relativ zu der Spule angeordnet und mit der Spule gekoppelt, dass ein im ersten Anschluss-Heizelektrodenabschnitt fließender Heizstrom und ein im zweiten Anschluss-Heizelektrodenabschnitt fließender Heizstrom wenigstens im Bereich der Spule entgegenrichtet fließen und/oder jeweils entgegengerichtete magnetische Flüsse erzeugen, so dass eine Beeinflussung der in der Spule in Abhängigkeit von der Stromdifferenz in den Elektrodenabschnitten der Sensorelektroden erzeugbaren oder erzeugten Messgröße durch den Heizstrom reduziert oder vermieden wird, insbesondere derart, dass sich während des Heizens der Spule der im ersten Anschluss-Heizelektrodenabschnitte fließende Strom und der im zweiten Anschluss-Heizelektrodenabschnitte fließende Strom zumindest in einem Referenzzustand der Sensorvorrichtung in einem Einwirkbereich auf die Spule zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aufheben. Hierdurch können systematische Abweichungen weitestgehend eliminiert werden, insbesondere durch den Heizstrom verursachte systematische Abweichungen, und somit die negativen Auswirkungen einer systematischen Abweichung reduziert oder sogar vermieden werden.

Die Anschluss-Heizelektrodenabschnitte können dabei insbesondere so wie es vorstehend für die Elektrodenabschnitte beschrieben ist, verlaufen. Besonders bevorzugt sind die Anschluss-Heizelektrodenabschnitte dabei jedoch jeweils ähnlich oder gleich den ersten und/oder zweiten Elektrodenabschnitten geführt. Verlaufen die Elektrodenabschnitte beispielsweise entlang einer Geometrie-Zentrumsachse, verlaufen die Anschluss-Heizelektrodenabschnitte bevorzugt ebenfalls entlang oder parallel zu dieser Achse. Bilden der erste Elektrodenabschnitt und der zweite Elektrodenabschnitt hingegen beispielsweise eine weitere Wicklung der Spule, bilden die Anschluss- Heizelektrodenabschnitte besonders bevorzugt ebenfalls weitere Wicklungen der Spule oder Wicklungen einer weiteren Spule (Sekundär-Spule) die mit der Mess-Spule (Primär- Spule) über einen gemeinsamen Spulenkern magnetisch gekoppelt ist.

Die Anzahl der Windungen der Anschluss-Heizelektrodenabschnitte ist dabei besonders bevorzugt jeweils im Verhältnis zur Anzahl der Windungen der Mess-Wicklung und/oder zur Anzahl der Windungen der durch die Elektrodenabschnitte gebildeten weiteren Wicklungen derart gewählt, dass eine ausreichend genaue Messung möglich ist, insbesondere ein ausreichend starkes Messsignal der Messgröße erzeugt wird, zumindest ein Messsignal, dass nach einer Verstärkung ausreichend genau weiterverarbeitet werden kann.

Vorteilhaft scheint ein Verhältnis einer Induktivität einer durch einen Anschluss- Heizelektrodenabschnitt gebildeten Wicklung zu einer Induktivität der Mess-Wicklung und/oder einer durch einen Elektroden-Abschnitt gebildeten Induktivität von wenigstens 10:1 zu sein, insbesondere von wenigstens 50:1 , beispielsweise von 60:1 , insbesondere von bis zu 100:1 zu sein, wobei vorzugsweise die durch die Wicklungen der beiden Anschluss-Heizelektrodenabschnitte gebildeten Induktivitäten bevorzugt etwa gleich sind, insbesondere derart, dass sich in einem Referenzzustand während eines Heizbetriebs die durch die Heizströme erzeugten magnetischen Flüsse in der Spule, insbesondere im Spulenkern, aufheben.

Auch bei einem erfindungsgemäßem Lenkrad kann die erste Sensorelektrode zumindest teilweise oder vollständig durch eine Heizelektrode gebildet sein, wobei ein Anschluss- Heizelektrodenabschnitt der Heizelektrode den Elektrodenabschnitt der ersten Sensorelektrode bilden kann.

Die Anschluss-Heizelektrodenabschnitte können aber auch separat von den Elektrodenabschnitten ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass unter bestimmten Voraussetzungen, eine geeignete Ausgestaltung der Sensorvorrichtung vorausgesetzt, gleichzeitig, d.h. während eines Heizzyklus, eine kapazitive Kopplung ermittelt werden kann, insbesondere die Messgröße erfasst werden kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sensorvorrichtung mehrere erste Sensorelektroden aufweisen, wie ebenfalls beispielsweise in der DE 102019120136.5 beschrieben, auf welche auch diesbezüglich explizit verwiesen wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Lenkrads gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sensorvorrichtung insbesondere auch zur Bestimmung eines Umfassungswinkels einer Hand am Lenkrad und/oder zur Bestimmung einer Handposition an einem Lenkrad in Umfangsrichtung eingerichtet sein, beispielsweise wie in den bereits mehrfach erwähnten DE 10 2014 117 823 oder der DE 10 2014 117 821 beschrieben, auf welche hiermit für nähere Erläuterungen diesbezüglich ebenfalls explizit verwiesen wird.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung und/oder zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Lenkrads, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung und/oder des Lenkrads, insbesondere zum Erkennen einer Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand an die Sensorvorrichtung und/oder das Lenkrad, ist gekennzeichnet durch die Schritte:

Bereitstellen der Sensorvorrichtung und

Ermitteln einer von einer Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt der wenigstens einen ersten Sensorelektrode fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode fließenden zweiten Strom abhängigen Messgröße mithilfe der Spule der Messeinrichtung der Sensorvorrichtung .

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf besonders einfache Art und Weise eine hohe Erkennungsgenauigkeit erreicht werden, insbesondere mit erheblich geringeren negativen Effekten aufgrund von während der Verwendung der Sensorvorrichtung entstehenden, systematischen Abweichungen.

Die Spule ist dabei derart ausgebildet und der erste Elektrodenabschnitt der ersten Sensorelektrode und der zweite Elektrodenabschnitt der zweiten Sensorelektrode sind dabei zumindest abschnittsweise jeweils derart relativ zueinander angeordnet und jeweils derart relativ zu der Spule und mit der Spule gekoppelt, dass durch eine Stromdifferenz zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt fließenden ersten Strom und einem im zweiten Elektrodenabschnitt fließenden zweiten Strom in der Spule eine von der Stromdifferenz abhängige Messgröße erzeugt wird, insbesondere eine zur Stromdifferenz proportionale Messgröße .

In einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei insbesondere vor und/oder während des Ermittelns der Messgröße wenigstens eine erste Sensorelektrode oder einer zugehörige zweite Sensorelektrode mit einem Referenzstrom beaufschlagt, insbesondere derart, dass eine Stromdifferenz zwischen dem in der einen Sensorelektrode, insbesondere deren Elektrodenabschnitt, fließenden Referenzstrom und einem in der anderen Sensorelektrode, insbesondere in deren Elektrodenabschnitt, fließenden Messstrom entsteht und eine von dieser Stromdifferenz abhängige Messgröße erzeugt wird.

Zur Stromerzeugung des Referenzstroms wird insbesondere eine Wechselspannung an ein Sensorelektrodenpaar aus einer ersten Sensorelektrode und einer zugehörigen zweiten Sensorelektrode angelegt, insbesondere mithilfe einer entsprechenden Stromerzeugungseinrichtung.

In einer vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird, bevorzugt in wenigstens einem weiteren Schritt, anhand der ermittelten Messgröße geprüft, ob sich ein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, insbesondere im Detektionsbereich der ersten Sensorelektrode, wobei sich ein menschliches Körperteil im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, insbesondere im Detektionsbereich der zugehörigen ersten Sensorelektrode, wenn die Stromdifferenz, von der die ermittelte Messgröße abhängig ist, von Null verschieden ist, insbesondere wesentlich, und/oder ein Betrag der Messgröße einen definierten Schwellwert überschreitet, und wobei sich kein menschliches Körperteil im Detektionsbereich befindet, wenn die Stromdifferenz Null oder nahezu null ist, d.h. der Referenzstrom und der Messstrom im Rahmen der Messgenauigkeit gleich sind, und/oder ein Betrag der ermittelten Messgröße unterhalb eines definierten Schwellwerts liegt. Hierdurch kann eine besonders einfache und damit wenig Ressourcen erfordernde Auswertung realisiert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere, vorzugsweise in wenigstens einem weiteren Schritt, in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße eine für eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode charakteristische Größe bestimmt, vorzugsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, insbesondere eine, eine Annäherung einer menschlichen Hand an einen Greifbereich eines Lenkrads und/oder eine, eine Berührung des Greifbereichs eines Lenkrads mit einer menschlichen Hand charakterisierende Größe.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird dabei vorzugsweise, sofern die Sensorvorrichtung dazu entsprechend eingerichtet ist, die Messgröße sektorweise bestimmt und insbesondere in einem weiteren Schritt, sofern eine Anwesenheit eines Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung erkannt worden ist, daraus eine Position des Körperteils im Detektionsbereich ermittelt. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte weitere Funktionen realisieren, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere, vorzugsweise in wenigstens einem weiteren Schritt, sofern die Sensorvorrichtung dazu entsprechend eingerichtet ist, wenigstens eine Kompensationsgröße bestimmt und wenigstens eine ermittelte charakterisierende Größe zur zumindest teilweisen Kompensation wenigstens einer Störgröße mit der wenigstens einen ermittelten Kompensationsgröße verrechnet. Hierdurch kann eine besonders genaue Kennung realisiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere, vorzugsweise in wenigstens einem weiteren Schritt, sofern die Sensorvorrichtung dazu entsprechend eingerichtet ist, in wenigstens einem weiteren Schritt wenigstens ein Sensorsignal erzeugt und ausgegeben, welches eine Signalinformation enthält, die eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung, insbesondere eine Berührung und/oder eine Annäherung einer menschlichen Hand, vorzugsweise an einen Greifbereich eines Lenkrads, charakterisiert. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte weitere Funktionen realisieren, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt das Ermitteln der Messgröße während des Betriebs der Heizeinrichtung, insbesondere während die Heizelektrode mit einem Heizstrom beaufschlagt wird, insbesondere deren Anschluss-Heizelektrodenabschnitte . Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Funktionalität eines erfindungsgemäßen Lenkrads.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung und/oder ein erfindungsgemäßes Lenkrad aufweist und/oder zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.

Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für ein erfindungsgemäßes Lenkrad sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren und für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, sofern diese jeweils technisch grundsätzlich möglich ist, d.h. ausführbar.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer, nicht einschränkender, bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads aus der Sicht eines Fahrers,

Fig. 2 das erfindungsgemäße Lenkrad aus Fig.1 mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem in Schnittdarstellung in Dickenrichtung, Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung des Lenkrads aus den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 in teilweise perspektivischer und teilweise schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung aus Fig. 3 bzw. das erfindungsgemäßes Lenkrad aus den Fig. 1 und 2,

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung in teilweise perspektivischer und teilweise schematischer Darstellung,

Fig. 6 ein beispielhaftes Blockschaltbild zu der Messeinrichtung aus Fig. 5,

Fig. 7a ein Blockschaltbild für ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung,

Fig. 7b ein Ausführungsbeispiel einer Spule für die Messeinrichtung aus Fig. 7a, und

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spule für eine Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads 100 für ein Fahrzeug aus Sicht eines Fahrers und Fig. 2 einen Schnitt durch das Lenkrad 100 aus Fig. 1 in Dickenrichtung. In Fig. 3 ist ein zugehöriges schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 des Lenkrads 100 aus den Fig. 1 und 2 abgebildet.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrads 100 weist eine erfindungsgemäße kapazitive Sensorvorrichtung 10 auf, welche zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16, insbesondere einer Hand oder eines Fingers 16 in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 ausgebildet ist, insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand 16 in einem Greifbereich 14 des Lenkrads 100.

Die Sensorvorrichtung 10 weist eine erste Sensorelektrode 11 auf, welche durch eine Heizelektrode 12 einer Heizstruktur gebildet ist, sowie eine zweite Sensorelektrode 13, welche durch einen metallischen und elektrisch leitenden Lenkradkranzkern 13 gebildet ist. Alternativ kann die zweite Sensorelektrode 13 auch durch ein Drahtgeflecht in dem Lenkrad 100 gebildet sein, welches vorzugsweise Teil der Heizstruktur ist.

Die erste Sensorelektrode 1 1 bzw. die Heizstruktur 12 erstreckt sich dabei sowohl vollständig umlaufend in Umfassungsrichtung 17 (vgl. Fig. 1 und 2), als auch vollständig umlaufend in Umfangsrichtung 18 (vgl. Fig. 1 ), wobei die Umfangsrichtung 18 und die Umfassungsrichtung 17 durch die zu den Bezugszahlen 17 und 18 zugehörigen Bezugspfeile angedeutet sind.

D.h. die erste Sensorelektrode 1 1 und die Heizstruktur 12 erstrecken sich bei diesem Ausführungsbeispiel nahezu über einen gesamten Greifbereich 14 der Lenkradkranzfläche, wobei die erste Sensorelektrode 11 bzw. die Heizstruktur 12 nahezu unmittelbar unter einer Umhüllung 15, insbesondere unterhalb eines Lenkradbezugs 15, beispielsweise eines Lederbezugs 15, angeordnet ist. Die Sensorelektrode 1 1 bzw. die Heizstruktur 12 sind dabei auf einem hier nicht näher bezeichneten Träger aus einem dünnen Stoff aufgestickt, wie es aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist.

Der im Kernbereich des Lenkradkranzes angeordnete, metallische Lenkradkranzkern 13 bildet die Tragstruktur des Lenkrads 100. In radialer Richtung außerhalb vom Lenkradkranzkern 13, d.h. im Bereich der Außenseite des Lenkradkranzkerns 13 befindet sich ein Dielektrikum 9, durch welches die erste Sensorelektrode 1 1 und die zweite Sensorelektrode 13 bzw. der Lenkradkranzkern 13 voneinander getrennt sind und ein erstes kapazitives Element K1 bilden (siehe Fig. 3). Ferner bildet die erste Sensorelektrode 11 mit der Umgebung ein zweites kapazitives Element K2 (siehe Fig. 3).

Das Erkennen einer Annäherung und/oder einer Entfernung einer menschlichen Hand, welche in Fig. 2 durch eine Fingerspitze 16 symbolisiert ist, mittels der kapazitiven Sensorvorrichtung 10 erfolgt dabei nach dem sogenannten „kapazitiven Prinzip“, welches darauf beruht, dass die Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16, beispielsweise einer Hand oder eines Fingers 16, im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10, insbesondere der ersten Sensorelektrode 1 1 , sowie eine Annäherung und/oder Entfernung einer menschlichen Hand 16 an die Sensorelektrode 1 1 eine Änderung der kapazitiven Kopplung der Sensorelektrode 11 mit der Umgebung bewirkt, wodurch wiederum die kapazitive Kopplung zwischen der ersten Sensorelektrode 1 1 und der zweiten Sensorelektrode 13 bzw. dem Lenkradkranzkern 13 beeinflusst wird, was messtechnisch erfasst werden kann.

Die Änderung dieser kapazitiven Kopplung der ersten Sensorelektrode 11 mit der Umgebung durch ein menschliches Körperteil 16, beispielsweise einen Finger 16, ist in Fig. 2 dabei durch die feldlinienähnlichen Linien zwischen den Punkten auf der Sensorelektrode 1 1 symbolisiert. Aus der erfassten Änderung der kapazitiven Kopplung der Sensorelektrode 1 1 mit der zweiten Sensorelektrode 13 kann dann auf die Anwesenheit einer menschlichen Hand oder eines Fingers 16 im Detektionsbereich bzw. eine Annäherung und/oder Entfernung einer Hand rückgeschlossen werden.

Zur messtechnischen Erfassung der Änderung der kapazitiven Kopplung zwischen der ersten Sensorelektrode 11 und der zweiten Sensorelektrode 13, d.h. zur Erfassung der Änderung der Kapazität des ersten kapazitiven Elements K1 , die bei einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils, beispielsweise eines Fingers 16 einer Hand eines Fahrers 60, im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 entsteht, weist eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 10 ferner eine Stromerzeugungseinrichtung 20 auf, mittels welcher die erste Sensorelektrode 11 über einen ersten Elektrodenabschnitt 21 , der eine elektrische Leitung 21 ist, mit einem Referenzstrom 11 beaufschlagt werden kann, wobei die Stromerzeugungseinrichtung 20 wenigstens eine Wechselstromquelle aufweist und dazu ausgebildet ist, an das Paar von erster und zweiter Sensorelektrode 11 , 13 eine entsprechende Wechselspannung anzulegen, beispielsweise mit einer Potenzialdifferenz von 5 Volt, so dass die erste Sensorelektrode 1 1 mit einem Wechselstrom 11 als Referenzstrom 11 beaufschlagt werden kann. Der Wechselstrom 11 kann dabei auch einem Gleichstrom überlagert werden, beispielsweise von einem Heizstrom lh+, Ih-, und somit nur ein Wechselstromanteil 11 sein.

Befindet sich kein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10, fließt der Referenzstrom 11 , d.h. der Wechselstrom 11 bzw. der Wechselstromanteil 11 , nahezu vollständig über das erste kapazitive Element K1 in den Lenkradkranzkern 13 und von dort über den Elektrodenabschnitt 22 der zweiten Sensorelektrode 13, der ebenfalls eine elektrische Leitung 22 ist, welche insbesondere die einzige elektrische Kontaktierung der zweiten Sensorelektrode 13 bzw. des Lenkradkranzkerns 13 darstellt, als Messstrom I2 ab, beispielsweise in Richtung Masse, d.h. es gilt I2 ~ 11. Befindet sich hingegen ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10, fließt ein Anteil des Referenzstroms 11 , insbesondere ein sogenannter Fehlerstromanteil I3, über das zweite kapazitive Element ab, insbesondere in Richtung Masse. Folglich fließt nur noch ein geringer Anteil des Referenzstroms 11 über das erste kapazitive Element K1 in den Lenkradkranzkern 13 und von dort über den Elektrodenabschnitt 22 ab. D.h. in diesem Fall gilt I2 ~ 11 -13.

Folglich lässt sich bei einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 durch eine Ermittlung einer Stromdifferenz aus dem in die erste Sensorelektrode 1 1 hineinfließenden Referenzstrom 11 und dem aus der zweiten Sensorelektrode I2 bzw. dem Lenkradkranzkern 13 abfließenden Messstrom I2, d.h. durch 11 -12 bzw. 12-11 , bzw. durch die Ermittlung einer von der Stromdifferenz 11 -12 bzw. 12-11 in den Elektrodenabschnitten 21 und 22 abhängigen Messgröße erkennen, ob sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 befindet oder nicht.

Zur Erfassung der Messgröße, welche grundsätzlich eine elektrische Spannung UMess, ein elektrischer Strom IMess und/oder ein magnetischer Fluss BMess = B1 -B2 bzw. BMess = B2-B1 sein kann (vgl. Fig. 4 bis 8), weist die Sensorvorrichtung 10 erfindungsgemäß eine entsprechende Messeinrichtung 30 auf, wobei die Messeinrichtung 30 dazu ein elektrische Spule 31 aufweist, was im Folgenden, insbesondere anhand der Fig. 4 bis 8, noch näher erläutert wird.

Ferner ist eine Auswerteeinrichtung 40 vorgesehen, welche zusammen mit der Stromerzeugungseinrichtung 20 und der Messeinrichtung 30 Teil einer Steuerungseinrichtung 50 ist, welche insbesondere wenigstens einen IC, insbesondere wenigstens einen ASIC aufweist. Die Auswerteeinrichtung 40 ist bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 dabei dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße, insbesondere in Verbindung mit zeitlich zurückliegenden, erfassten Messwerten, zu spezifizieren, ob es sich jeweils um eine Annäherung oder eine Berührung oder eine in ihrer Position nicht veränderliche Anwesenheit des menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 handelt.

Die Sensorvorrichtung 10 ist dabei derart ausgebildet, dass die Messgröße jeweils proportional zum Abstand eines menschlichen Körperteils 16 von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode 11 bzw. von der Greiffläche 14 des Lenkrads 100 ist.

Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung 40 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße bzw. deren Wert einen Abstand eines menschlichen Körperteils 16 von der wenigstens einen ersten Sensorelektrode 11 bzw. von der Greiffläche 14 des Lenkrads 100 zu bestimmen.

Ferner ist die Auswerteeinrichtung 40 dazu eingerichtet, eine durch eine parasitäre Kapazität entstehende Störgröße und eine auf einer temperaturbedingten systematischen Abweichung basierende Störgröße herauszurechnen, wobei die parasitäre Kapazität klein gegenüber einer Kapazitätsänderung bei einer Anwesenheit, insbesondere einer Annäherung und/oder Berührung, eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 ist. Eine temperaturbedingte systematische Abweichung kann beispielsweise durch einen Vergleich eines aktuellen Messgrößenwertes mit zeitlich zurückliegenden erfassten Messgrößenwerten erreicht werden. Parasitäre Kapazitäten im Lenkrad 100 können beispielsweise mit für den jeweiligen Lenkradaufbau 100 bestimmten und hinterlegten Kompensationsgrößen herausgerechnet werden.

Des Weiteren ist dieses Beispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 dazu eingerichtet, mehrere Sensorsignale S1 , S2,... auszugeben, welche jeweils eine Signalinformation enthalten, die eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung charakterisieren, beispielsweise ob sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet oder nicht, wenn ja, wo im Detektionsbereich und mit welchem Abstand zur Greiffläche 14. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhafte und umfangreiche Funktionen, beispielsweise umfangreiche Fahrerassistenzfunktionen, realisieren.

Fig. 4 zeigt in teilweise perspektivischer und teilweise schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung 30 für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 10 aus Fig. 3 bzw. das erfindungsgemäßes Lenkrad 100 aus den Fig. 1 und 2. Die Messeinrichtung 30 weist erfindungsgemäß eine Spule 31 auf, welche bei diesem Ausführungsbeispiel als geschlossene Kreisringspule 31 (Toroidspule) mit einem permanentmagnetischen, ferromagnetischen Spulenkern 33 ausgebildet ist, wobei um den Spulenkern 33 ein elektrischer Leiter 32 gewickelt ist. Der elektrische Leiter 32 bildet eine und in diesem Fall die einzige Wicklung 32 der Spule 31 , wobei die Wicklung 32 siebzehn vollständige Windungen aufweist und als Mess-Wicklung 32 dient. Dabei sind der erste Elektrodenabschnitt 21 bzw. die elektrische Anschlussleitung 21 und der zweite Elektrodenabschnitt 22 bzw. die elektrische Anschlussleitung 22 derart ausgebildet und derart relativ zueinander und relativ zur Spule 31 angeordnet, dass ein im ersten Elektrodenabschnitt 21 fließender Strom 11 und ein im zweiten Elektrodenabschnitt 22 fließender Strom I2 wenigstens im Bereich der Spule 31 entgegenrichtet fließen und jeweils entgegengerichtete magnetische Flüsse B1 und B2 in der Spule 31 erzeugen, was durch die entsprechenden Pfeile symbolisiert ist.

Die beiden Elektrodenabschnitte 21 und 22 sind dabei insbesondere derart angeordnet, dass sich in einem Referenzzustand der Spule 31 , d.h. wenn sich kein Finger 16 oder dergleichen im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 befindet, der im ersten Elektrodenabschnitt 21 fließende Strom 11 und der im zweiten Elektrodenabschnitt 22 fließende Strom I2 zumindest in einem Einwirkbereich auf die Spule 31 aufheben und sich die jeweils in der Spule 31 durch diese erzeugten, entgegengerichteten magnetischen Flüsse B1 und B2 aufheben.

Bei dieser Spule 31 bzw. bei dieser Mess-Anordnung für eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 10 befinden sich der erste Elektrodenabschnitte 21 und der zweite Elektrodenabschnitt 22 zumindest teilweise innerhalb der Spule 31 , wobei die beiden Elektrodenabschnitt 21 und 22 durch das Innere der Spule 31 geführt sind und parallel zu einer durch das geometrische Zentrum Z der Spule verlaufenden Zentrumsachse (nicht dargestellt) verlaufen.

In diesem Fall ist die Spule 31 derart ausgebildet, dass die in der Spule 31 erzeugte und von der Stromdifferenz abhängige Messgröße eine in der Wicklung 32 erzeugte elektrische Spannung UMess ist. Zum Erfassen dieser Spannung UMess weist die Messeinrichtung 30 eine entsprechende Spannungs-Messeinheit 36 auf.

Fließt ein Strom 11 bzw. I2 durch den jeweiligen Elektrodenabschnitt 21 bzw. 22, wird im Kern 33 der Spule 31 ein magnetischer Fluss B1 sowie ein magnetischer Fluss B2 erzeugt, welche in diesem Fall entgegengerichtet wirken, wobei nur ein Differenz-Fluss B1 -B2 bzw. B2-B1 übrig bleibt, wenn eine Stromdifferenz 11 -12 bzw. 12-11 vorliegt.

Ansonsten heben sich die magnetischen Flüsse B1 und B2 auf. Der magnetische Differenz-Fluss führt dazu, dass in der Wicklung 32 ein Stromfluss bzw. ein elektrischer Strom IMess erzeugt wird (vgl. Fig. 6) der zu einem Spannungsabfall über der Wicklung 32 führt, der zum Differenz-Fluss und damit auch zur Stromdifferenz proportional ist und als Spannung UMess mittels einer Strom-Messeinheit 36 über die Anschlusskontakte 32A und 32B gemessen werden kann.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung 30 mit einer Spule 30, zu der in Fig. 6 ein entsprechendes Blockschaltbild dargestellt ist, wobei diese Messeinrichtung 30 grundsätzlich wie die in Fig. 4 dargestellte Messeinrichtung 30 aufgebaut ist und nach demselben Funktionsprinzip arbeitet. Funktionsgleiche Bauteile sind daher jeweils mit den gleichen bzw. den identischen Bezugszeichen versehen.

Im Unterschied zu der in Fig. 4 dargestellten Messeinrichtung 30 ist neben den beiden Elektrodenabschnitten 21 und 22 jeweils noch der einen Strom Ih- von der Heizelektrode 12 rückführende Anschlussabschnitt 23 der Heizelektrode 12 durch die Spule 31 hindurchgeführt, um einen über diesen Anschlussabschnitt 23 abfließenden Fehlerstromanteil bzw. einen Heizstrom-Anteil lh+ bzw. Ih- zu kompensieren. Mit einer derartigen Anordnung lässt sich die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 10 aus Fig. 4 besonders einfach in ein erfindungsgemäßes Lenkrad 100 mit einer Heizeinrichtung 12 integrieren, insbesondere in ein Lenkrad 100, bei dem die erste Sensorelektrode 11 und die Heizelektrode 12 wie vorliegend, durch eine gemeinsame Elektrode 11 , 12 ausgebildet sind. Zum Heizen kann die Heizelektrode 12 mithilfe entsprechender Schalter SW1 und SW2 mit einem 12V-Gleichstrom beaufschlagt werden.

Bei diesem Beispiel sind der erste Elektrodenabschnitt 21 der ersten Sensorelektrode 11 und der erste Anschluss-Heizelektrodenabschnitt zumindest abschnittsweise gemeinsam ausgebildet, d.h. durch ein und denselben elektrischen Leiterabschnitt 21. Der einen Strom Ih- von der Heizelektrode 12 zurückführende Anschluss-Heizelektrodenabschnitt 23 ist jedoch separat ausgebildet und derart relativ zum hinführenden Anschluss- Heizelektrodenabschnitt 21 und zur Spule 31 angeordnet und mit der Spule 31 gekoppelt, dass sich die in den Anschluss-Heizelektrodenabschnitten 21 und 23 fließenden Ströme lh+ und Ih- bzw. die aus diesen resultierenden magnetischen Flüsse Bh+ und Bh-, ebenfalls kompensieren. Hierdurch können insbesondere durch die Heizelektrode 12 bedingte Abweichungen kompensiert werden. Zusätzlich zu einer Spannungsmessung der Spannung UMess kann bei diesem Ausführungsbeispiel ferner noch ein in der Mess-Wicklung 32 fließender Mess-Strom IMess als Messgröße erfasst werden, wodurch eine Plausibilisierung der Messgröße möglich wird, wobei die Messeinrichtung 30 dazu außerdem eine hier nicht dargestellte Strom-Messeinheit aufweist.

Fig. 7a zeigt ein Blockschaltbild für ein viertes Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung 30 und Fig. 7b ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Spule 31 für eine solche Messeinrichtung 30, wobei in diesem Fall die Elektrodenabschnitte 21 und 22 jeweils nicht als normale Leiter durch die Spule hindurch geführt sind, sondern jeweils als weitere Wicklungen ausgebildet sind, d.h. zusätzlich zu Mess-Wicklung 32, mit jeweils einer zugehörigen Induktivität L1 bzw. L2. Ebenso sind die Anschluss-Heizelektrodenabschnitte 24 (hin) und 23 (rück) jeweils separat und jeweils als separate Wicklungen mit den Induktivitäten L3 und L4 ausgebildet, wobei die einzelnen Wicklungen der Spule 31 über den gemeinsamen Spulenkern 33 miteinander gekoppelt sind.

Über die Anschlussknoten 23B und 24B können die Anschluss-Heizelektrodenabschnitte 23 und 24 jeweils mit dem jeweiligen Heizlektrodenbereich 12 im Lenkrad 100 elektrisch verbunden werden. Ebenso können der erste Elektrodenabschnitt 21 und der zweite Elektrodenabschnitt 22 jeweils über den „B“-Anschlussknoten 21 B bzw. 22B mit der jeweils zugehörigen lenkradseitigen Sensorelektrode 11 bzw. 13 elektrisch verbunden werden. Über den „A“-Anschlussknoten 21 A kann auf den ersten Elektrodenabschnitt 21 ein Referenzstrom 11 aufgebracht werden, welcher über den Anschlussknoten 22A des zweiten Elektrodenabschnitts 22 als Messstrom I2 gegen Masse (GND) abfließen kann.

Über die Anschlussknoten 32A und 32B der Mess-Wicklung 32 kann eine über die Mess- Wicklung abfallende Mess-Spannung UMess bzw. ein in der Mess-Wicklung 32 fließender Mess-Strom IMess erfasst bzw. gemessen werden.

Diese Messeinrichtung 30 funktioniert nach demselben Prinzip: eine aus den in den Elektrodenabschnitten 21 und 22 fließenden Strömen 11 und I2 entstandene Stromdifferenz 11 -12 bzw. 12-11 führt zu einem magnetischen Differenz-Fluss B1 -B2 bzw. B2-B1 im Kern 33, wodurch eine von der Stromdifferenz abhängige elektrische Spannung UMess bzw. ein von der Stromdifferenz abhängiger elektrischer Strom IMess in der Mess- Wicklung 32 erzeugt wird, welcher mittels einer entsprechenden Mess-Einheit 36 als Messgröße gemessen werden kann.

Durch die Ausbildung der Anschluss-Heizelektrodenabschnitte 24 und 23 ebenfalls als weitere Wicklungen der Spule 31 , die entsprechend mit entgegengerichteter Wirkung angeordnet sind, kompensieren sich auch die über die Anschluss- Heizelektrodenabschnitte 24 und 23 abfließenden Referenzstrom-Anteile 11 ‘ und 11“, so dass die erfassbare Messgröße nahezu nur noch von der kapazitiven Kopplung zwischen der Umgebung und der ersten Sensorelektrode 11 abhängt.

Ferner heben sich auch die in den Anschlussabschnitten 23 und 24 fließenden Heizströme Ih-i-, Ih- jeweils auf. Dadurch hat diese Messeinrichtung 30 ferner den Vorteil, dass sie ferner ein gleichzeitiges Heizen und Messen ermöglicht, was durch die in Fig. 7a nicht dargestellten, geschlossenen Schalter SW1 und SW2 (vgl. Fig. 6) zum Ausdruck kommen soll. Dies wird insbesondere durch die separate Ausgestaltung der einzelnen Anschlussabschnitte 21 , 22, 23 und 24 erreicht und deren Anordnung jeweils relativ zueinander und zur Spule 31 und zum Kern 33.

Allerdings setzt ein gleichzeitiges Messen und Heizen eine entsprechend geeignete Abstimmung der einzelnen Induktivitäten L1 bis L4 voraus, da der durch den Heizstrom im Spulenkern 33 erzeugte magnetische Fluss ansonsten zu stark und dominant wird und sich somit kein vernünftig verwertbares bzw. auswertbares Messignal für die Messgröße ergibt. Hier hat sich ein Verhältnis von L1 ~ L2 ~ L(32) und L3 ~ L4 bewährt, insbesondere mit L3:L1 ~ 60, insbesondere L3:L1 = 60, wobei L1 , L2 und L(32) beispielsweise 10 pH betragen können und L3 und L4 beispielsweise 600 pH. Alternativ wäre auch ein Verhältnis L3:L1 ~ 100 oder 500 möglich.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spule 31 für eine Messeinrichtung 30 einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10, wobei in diesem Fall die in der Spule 31 erzeugbare und von der Stromdifferenz abhängige Messgröße ein in der Spule 31 bzw. deren Kern 33 fließender magnetischer Fluss ist, insbesondere ein magnetischer Differenz-Fluss B1 -B2 bzw. B2-B1 , und die Messeinrichtung 30 eine Magnetfluss- Messeinheit 36, die in diesem Fall einen Hall-Sensor 37 aufweist zum Messen dieses magnetischen Differenz-Flusses. Diese Spule 31 weist ebenfalls erfindungsgemäß wenigstens eine Wicklung auf, und zwar eine erste Wicklung 21 , eine zweite Wicklung 22 und einen magnetischen oder magnetisierbaren Kern 33, wobei die erste Wicklung 21 durch den ersten Elektrodenabschnitt 21 gebildet ist und die zweite Wicklung 22 durch den zweiten Elektrodenabschnitt 22. Darüber hinaus sind jeweils noch zwei entgegengerichtet wirkende Heizwicklungen 23 und 24 vorgesehen. Eine Mess-Wicklung ist jedoch nicht erforderlich. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau der Messeinrichtung 30, welcher besonders wenig Bauteile erfordert.

Eine besonders einfache Ausgestaltung lässt sich beispielsweise mit einer Kreisring- Spule 31 erreichen, wie in Fig. 8 gezeigt, mit einem ringförmigen, jedoch nicht vollständig geschlossenen, magnetischen Ringkern 33, der zwischen seinen Ringenden einen kleinen Luftspalt aufweist, in welchen das Hall-Sensorelement 37 hineinragt, um einen durch den Spalt in Umfangsrichtung fließenden resultierenden magnetischen Differenz- Fluss B1 -B2 bzw. B2-B1 zu erfassen.

Bei der vorteilhaften Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 bzw. des erfindungsgemäßen Lenkrads 100, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 bzw. des Lenkrads 100, insbesondere zum Erkennen einer Annäherung und/oder Berührung einer menschlichen Hand 16 werden die folgenden Schritte durchgeführt:

Beaufschlagen der ersten Sensorelektrode 11 mit einem Referenzstrom 11 , der ein Wechselstrom ist, mittels der Stromerzeugungseinrichtung 20, und Erfassen, insbesondere Messen, einer von einer Stromdifferenz zwischen dem in der ersten Sensorelektrode 11 fließenden Referenzstrom 11 und dem in der zweiten Sensorelektrode 13 fließenden Messstrom I2 abhängigen und in der Spule 31 erzeugten Messgröße, insbesondere mittels der Messeinrichtung 30, wobei die Messgröße insbesondere eine über der wenigstens einen Wicklung 32 der Spule 31 abfallende elektrische Spannung UMess, ein durch diese fließender elektrischer Strom IMess oder ein magnetischer Fluss in der Spule 31 sein kann. In einem weiteren Schritt kann bei dem Lenkrad 100 anhand der ermittelten Messgröße geprüft werden, ob sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung befindet, insbesondere im Detektionsbereich der ersten Sensorelektrode 11 , wobei sich ein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung 10 befindet, insbesondere im Detektionsbereich der zugehörigen ersten Sensorelektrode 1 1 , wenn die ermittelte Messgröße bzw. einer dieser zugrundeliegende Stromdifferenz 11 -12 bzw. 12-11 insbesondere wesentlich von Null verschieden ist oder ein Betrag der ermittelten Messgröße einen definierten Schwellwert überschreitet, und wobei sich kein menschliches Körperteil 16 im Detektionsbereich befindet, wenn die ermittelte Messgröße nahezu Null oder Null ist, d.h. wenn der Referenzstrom 11 und der Messstrom I2 im Rahmen der Messgenauigkeit sowie der nicht zu vermeidenden Verluste gleich sind, und/oder ein Betrag der ermittelten Messgröße unterhalb eines definierten Schwellwerts liegt.

In einem weiteren Schritt kann dann in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße eine charakteristische Größe der Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der zugehörigen Sensorelektrode 1 1 bestimmt werden, beispielsweise eine, eine Annäherung und/oder eine Berührung charakterisierende Größe, beispielsweise ein Abstand oder eine Berührposition.

Ferner kann in der Auswerteeinrichtung 40 eine Kompensationsgröße bestimmt werden und/oder wenigstens eine ermittelte charakterisierende Größe zur zumindest teilweisen Kompensation wenigstens einer Störgröße mit der wenigstens einen ermittelten Kompensationsgröße verrechnet werden.

Anschließend können bevorzugt mehrere Sensorsignale S1 , S2,... erzeugt und ausgegeben werden, welche jeweils eine Signalinformation enthalten, die eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils 16 im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung charakterisieren, die in anderen Funktionen oder Systemen verwendet werden können, beispielweise in einem Fahrerassistenzsystem. Bezugszeichenliste:

10 erfindungsgemäße Sensorvorrichtung

100 erfindungsgemäßes Lenkrad

9 Dielektrikum

11 erste Sensorelektrode

12 Heizelektrode

13 Lenkradkranzkern; zweite Sensorelektrode

14 Greifbereich des Lenkrads

15 Lenkradbezug (Lenkradumhüllung)

16 Finger einer menschlichen Hand

17 Umfassungsrichtung

18 Umfangsrichtung

20 Stromerzeugungseinrichtung

21 , 22, elektrische Leitung

23, 24

21 A, 21 B Anschlussknoten

22A, 22B

23A, 23B

24A, 24B

32A, 32B

30 Messeinrichtung

31 Spule

32 (Mess-)Wicklung

33 Spulenkern

36 Messeinheit (Spannungs-Messeinheit, Strom-Messeinheit, Magnet- Messeinheit)

37 Hall-Sensor

40 Auswerteeinrichtung

50 Steuerungseinrichtung

60 Fahrer

B1 durch Referenzstrom erzeugter, magnetischer Fluss

B2 durch Messstrom erzeugter, magnetischer Fluss

Bh+ durch Strom in Richtung Heizelektrode erzeugter, magnetischer Fluss

Bh- durch Strom-Rückfluss von Heizelektrode erzeugter, magnetischer Fluss

GND Massepotential (Ground)

11 Referenzstrom 11 11“ Referenzstrom-Anteil

I2 Messstrom

I3 Fehlerstrom lh+ Strom in Richtung Heizelektrode Ih- Strom-Rückfluss von Heizelektrode

IMess Mess-Strom

K1 erstes kapazitives Element

K2 zweites kapazitives Element

L1 Wicklung mit Induktivität

L2 Wicklung mit Induktivität

L3 Wicklung mit Induktivität

L4 Wicklung mit Induktivität

S1 , S2 Steuersignal

SW1 , SW 2 Schalter UMess Mess-Spannung Z Zentrum der Spule

Claims

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Patentansprüche Kapazitive Sensorvorrichtung (10) zur Erkennung einer Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) in einem Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10), insbesondere zur Erkennung einer Anwesenheit einer menschlichen Hand (16) in einem Greifbereich eines Lenkrads (100), wobei die Sensorvorrichtung (10) wenigstens eine erste Sensorelektrode (11 ) mit einem zugehörigen Detektionsbereich und einem ersten Elektrodenabschnitt

(21 ) und eine zweite Sensorelektrode (13) mit einem zweiten Elektrodenabschnitt

(22) aufweist, wobei die wenigstens eine erste Sensorelektrode (1 1 ) und die zweite Sensorelektrode (13) durch ein Dielektrikum (9) zwischen sich voneinander getrennt sind und ein erstes kapazitives Element (K1 ) bilden und die wenigstens eine erste Sensorelektrode (1 1 ) ferner mit der Umgebung ein zweites kapazitives Element (K2) bildet, wobei die Sensorvorrichtung (10) ferner eine Messeinrichtung (30) aufweist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine von einer Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt (21 ) der wenigstens einen ersten Sensorelektrode (1 1 ) fließenden ersten Strom (11 ) und einem im zweiten Elektrodenabschnitt (22) der zweiten Sensorelektrode (13) fließenden zweiten Strom (I2) abhängige Messgröße (UMess, IMess; B1 - B2; B2-B1 ) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (30) eine elektrische Spule (31 ) mit wenigstens einer Wicklung (32; 21 , 22; 23; 24) aufweist, wobei die Spule (31 ) derart ausgebildet ist und der erste Elektrodenabschnitt (21 ) der ersten Sensorelektrode (11 ) und der zweite Elektrodenabschnitt (22) der zweiten Sensorelektrode (13) zumindest abschnittsweise jeweils derart relativ zueinander und jeweils derart relativ zur Spule (31 ) angeordnet sind und derart mit der Spule (31 ) gekoppelt sind, dass durch eine Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt (21 ) fließenden ersten Strom (11 ) und einem im zweiten Elektrodenabschnitt (22) fließenden zweiten Strom (I2) eine von der Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) abhängige Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) in der Spule (31 ) erzeugbar ist oder erzeugt wird. 43 Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10) ferner dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) eine Anwesenheit eines menschlichen Körperteils (16) im Detektionsbereich der Sensorvorrichtung (10) zu erkennen, wobei die Sensorvorrichtung (10) dazu eine Auswerteeinrichtung (40) aufweist. Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10) ferner eine Stromerzeugungseinrichtung (20) aufweist, wobei wenigstens eine der beiden Sensorelektroden (11 , 13) mit der Stromerzeugungseinrichtung (20) elektrisch verbindbar oder verbunden ist und mittels der Stromerzeugungseinrichtung (20) mit einem Referenzstrom (11 ) beaufschlagbar ist, wobei die Stromerzeugungseinrichtung (20) eine Wechselstromerzeugungseinrichtung ist. Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (30) ferner dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine von einer Stromdifferenz (11 -11 ; 12-11 ) zwischen einem in der mit dem Referenzstrom (11 ) beaufschlagten Sensorelektrode (11 ) fließenden Strom (11 ) und einem in der anderen Sensorelektrode (13) fließenden Messstrom (I2) abhängige Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) zu ermitteln. Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektrodenabschnitt (21 ) und der zweite Elektrodenabschnitt (22) derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet sind, dass ein im ersten Elektrodenabschnitt (21 ) fließender Strom (11 ) und ein im zweiten Elektrodenabschnitt (22) fließender Strom (I2) wenigstens im Bereich der Spule (31 ) entgegenrichtet fließen und/oder jeweils entgegengerichtete magnetische Flüsse (B1 , B2) in der Spule (31 ) erzeugen. Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Spule (31 ) erzeugbare oder erzeugte und von der Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) abhängige Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) eine elektrische Spannung (UMess) ist und die Messeinrichtung (30) eine 44

Spannungs-Messeinheit (36) zum Messen dieser elektrischen Spannung (UMess) aufweist. . Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektrodenabschnitt (21 ) und/oder der zweite Elektrodenabschnitt (22) sich zumindest teilweise innerhalb der Spule (31 ) befinden. . Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Spule (31 ) erzeugbare oder erzeugte und von der Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) abhängige Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) ein elektrischer Strom (IMess) ist und die Messeinrichtung (30) eine Strom- Messeinheit zum Messen dieses elektrischen Stroms (IMess) aufweist. . Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wicklung (32) der Spule (31 ) eine Mess-Wicklung (32) ist und der erste Elektrodenabschnitt (21 ) und der zweite Elektrodenabschnitt (22) jeweils eine weitere Wicklung (21 ) der Spule (31 ) bilden. 0. Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Spule (31 ) erzeugbare oder erzeugt und von der Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) abhängige Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) ein magnetischer Fluss (B1 -B2; B2-B1 ) ist und die Messeinrichtung (30) eine Magnetfluss-Messeinheit (36; 37) zum Messen dieses magnetischen Flusses (B1 - B2; B2-B1 ) aufweist. 1 . Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (31 ) wenigstens eine erste Wicklung (21 ), eine zweite Wicklung (22) und einen magnetischen oder magnetisierbaren Kern (33) aufweist, wobei die erste Wicklung

(21 ) durch den ersten Elektrodenabschnitt (21 ) gebildet ist und die zweite Wicklung

(22) durch den zweiten Elektrodenabschnitt (22). 2. Lenkrad (100) mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ausgebildet ist. Lenkrad (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (100) wenigstens eine Heizelektrode (12) aufweist, wobei die wenigstens eine Heizelektrode (12) zwei Anschluss-Heizelektrodenabschnitte (23, 24) aufweist und die beiden Anschluss-Heizelektrodenabschnitte (23, 24) jeweils derart ausgebildet und jeweils derart relativ zueinander und jeweils derart relativ zu der Spule (31 ) angeordnet sind und mit der Spule (31 ) gekoppelt sind, dass ein im ersten Anschluss-Heizelektrodenabschnitt (24) fließender Heizstrom (lh+) und ein im zweiten Anschluss-Heizelektrodenabschnitt (23) fließender Heizstrom (lh-) wenigstens im Bereich der Spule (31 ) entgegenrichtet fließen und/oder jeweils entgegengerichtete magnetische Flüsse (Bh-i-, Bh-) erzeugen, so dass eine Beeinflussung der in der Spule (31 ) in Abhängigkeit von der Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) in den Elektrodenabschnitten (21 , 22) der Sensorelektroden (1 1 , 13) erzeugbaren oder erzeugten Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) durch den Heizstrom (Ih-i-, lh-) reduziert oder vermieden wird. Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung (10), die nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ausgebildet ist, und/oder zum Betrieb eines Lenkrads (100), das nach Anspruch 12 oder 13 ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

Bereitstellen der Sensorvorrichtung (10) und Ermitteln einer von einer Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt (21 ) der wenigstens einen ersten Sensorelektrode (11 ) fließenden ersten Strom (11 ) und einem im zweiten Elektrodenabschnitt (22) der zweiten Sensorelektrode (13) fließenden zweiten Strom (I2) abhängigen Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) mithilfe der Spule (31 ) der Messeinrichtung (30) der Sensorvorrichtung (10). Verfahren nach Anspruch 14 zum Betrieb eines Lenkrads, das nach Anspruch 12 ausgebildet ist und eine Heizeinrichtung (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der von einer Stromdifferenz (11 -12; 12-11 ) zwischen einem im ersten Elektrodenabschnitt (21 ) der wenigstens einen ersten Sensorelektrode (1 1 ) fließenden ersten Strom (11 ) und einem im zweiten Elektrodenabschnitt (22) der zweiten Sensorelektrode (13) fließenden zweiten Strom (I2) abhängigen Messgröße (UMess; IMess; B1 -B2; B2-B1 ) während des Betriebs der Heizeinrichtung (12) erfolgt, insbesondere während die Heizelektrode (12) mit einem Heizstrom (lh+; lh-) beaufschlagt wird. Fahrzeug mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, und/oder das Fahrzeug ein Lenkrad (100) aufweist, das nach Anspruch 12 oder 13 ausgebildet ist, und/oder das Fahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 14 oder 15 ausgebildet und eingerichtet ist.