WO2023144028A1 - Elektrischer schaltungsaufbau für den alternierenden heiz- und kapazitiven messbetrieb mit funktionsprüfung und zugehöriges verfahren sowie verwendung - Google Patents

Elektrischer schaltungsaufbau für den alternierenden heiz- und kapazitiven messbetrieb mit funktionsprüfung und zugehöriges verfahren sowie verwendung Download PDF

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WO2023144028A1
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Manfred Schneider
Friedrich Wieland
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Preh Gmbh
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Definitions

  • the steering wheel and the driver's seat of a motor vehicle are regularly provided with an electric heater as a comfort function in vehicles, for this purpose the grip area, in particular the steering wheel rim of the steering wheel or the seat cushion and the back cushion of the seat, is traversed with a heating wire.
  • a contact or at least an approach detection such as the so-called hands-on detection, which involves monitoring the gripping of the steering wheel rim, or the driver - Passenger recognition, which involves, for example, activating or deactivating special comfort functions based on the seat position.
  • the heating wire in a non-heating phase in so-called measuring operation as an electrode for capacitive proximity detection. Since the heating operation is usually carried out with a pulse width modulated heating current, there are phases in which there is no heating current that are used for the measurement operation. In order to avoid "all-round" measuring operation, i.e.
  • Such a solution has the disadvantage that the additional impedances, in particular the diodes, affect the heating current, and in particular have ohmic losses and thus the electrical heating voltage cannot be optimally converted into thermal heating power (Joule heat) emitted by the heating wire.
  • Another problem with using the heating wire as an electrode for capacitive proximity detection is that the Electrode is subject to high thermal stress and thermally induced expansion fluctuations due to the change between heating operation and measuring operation as a non-heating operation, which ultimately also results in a failure of the heating wire but also in the sensitivity of the detection circuit connected to the heating wire.
  • the object of the present invention is to provide a circuit structure for alternating heating and capacitive measuring operation in which, in addition to the efficient use of the heating current in heating operation, the reliability of the capacitive proximity measurement in measuring operation is at least ensured or even improved.
  • the invention relates to an electrical circuit structure for alternating heating and capacitive measuring operation using a common heating wire, with the heating wire, which is, for example, a resistance wire such as a nickel-chromium wire, fed from two pots lying at two different heating potentials during heating operation electrical heating current is passed through, with a heating voltage dropping across the heating wire.
  • the circuit structure has a pair of first switching elements and a pair of second switching elements. Preferred are the first: switching elements; formed by a transistor, more preferably in each case by a field effect transistor, most preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOS-FET).
  • MOS-FET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the first and second switching elements are implemented by a transistor, more preferably each by a field effect transistor, most preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the heating wire is so connected to the first and second switching elements that in the heating operation, during which the first and second switching elements, thus at the same time, are in the conductive state, the first and second switching elements and the heating wire are connected in series.
  • the heating wire is conductively connected to one of two different heating potentials, for example vehicle ground on the one hand and the positive battery potential on the other, via a first switching element and a second switching element connected to the first switching element via a conductor section. Due to the fact that the first and second switching elements are switched through in the heating mode, the heating wire is interspersed with the heating current.
  • the heating power of the heating wire can thus be adjusted by periodically switching over and changing the duration of the respective heating operation, for example by controlling at least one or all switching elements by means of a pulse width modulated signal.
  • a detection circuit is also provided in order to determine the measuring capacitance of the heating wire with respect to a reference potential, for example that of a reference electrode or the vehicle ground, by applying an AC voltage from an AC voltage source to the heating wire in a measuring mode outside of the heating mode.
  • a change in this measuring capacitance can be used, for example, to detect the approach of a vehicle occupant or at least the approach of a hand of the vehicle occupant.
  • Various methods are known for determining the measuring capacitance of this type. According to the invention, such methods are used here in which the measuring capacitance can be reliably detected by applying an AC voltage to the heating wire as the transmitting electrode.
  • Amplitude-modulated detection circuits supply the capacitor to be measured, formed by the heating wire, with high-frequency alternating current (e.g. 20 kHz) and record the resulting reactive current.
  • the measuring capacitance to be measured is connected to an inductance to form an oscillating circuit as part of an LC oscillator, the frequency of which is measured by comparing it with a reference.
  • the measuring capacitance is part of an astable multivibrator.
  • the detection circuit is preferably designed in Measuring operation to measure a current profile between the heating wire and the AC voltage source resulting from the application of the AC voltage in order to determine the respective measurement capacitance based on a phase shift between the AC voltage and the current profile.
  • the current curve is measured using a voltage drop across a shunt resistor (shunt) with signal amplification by a measuring amplifier.
  • a control circuit is also provided in order to switch the first switching elements and second switching elements from heating mode to measuring mode, during which the first switching elements and the second switching elements are in the blocking state, so that the two electrically conductive connections of the heating wire in heating mode to the two different heating potentials are each interrupted several times during measurement operation.
  • the multiple interruption to the two heating potentials has the advantage that, in addition to the particularly effective, capacitive decoupling of the heating wire from the heating potentials and the reduction in parasitic capacitances on the repeatedly interrupted connection to the heating potentials, in which the switching elements are now connected as capacitive impedances connected in series are to be considered, furthermore, a detection circuit using an AC voltage can be used in an improved manner, since the first switching elements, for example unlike the non-symmetrically switched diodes in the prior art, separate symmetrically and this separation affects both current directions of the alternating current generated during the measurement operation, which affects the Determination of the measuring capacity by means of AC voltage, but in particular the preferred way of detecting the 'phase shift' is simplified and improved.
  • control circuit is also designed to switch a test circuit containing at least a third switching element and a test impedance in a test phase within the measurement operation in such a way that the test impedance is connected to the measurement capacitance, and an associated change in the measurement capacitance and/or a total impedance from the measurement capacitance and test impedance is at least detected by the detection circuit.
  • a change in the measuring capacitance caused by the connection of the test impedance is only qualitatively detected.
  • a quantitative measurement of the resulting total impedance from the measuring capacitance and test impedance is provided in an embodiment in order to enable the detection circuit to be calibrated using the specified test impedance.
  • the only time coincidence between the change in the measured capacitance and the change in the switching state is examined.
  • the duration of the test phase is preferably shorter than the duration of a measurement operation carried out between two subsequent heating operations, in the time range lying outside the test phase at least one third switching element is in the blocking state.
  • the time ratio of the duration of the testing phase to the total duration of the measurement operation including the testing phase is less than 1/10.
  • the test phase takes place exclusively take place over a period of time. Within that; a manual approach to the steering wheel is excluded, for example when the vehicle cabin is locked and unoccupied. In another embodiment, the; The test phase is only carried out if no approach was detected in a previous measurement operation that was outside the test phase. In one embodiment, the test phase is carried out at the beginning of a measurement operation. In the alternating sequence of heating operation and measurement operation, it can be provided that, in the case of several measurement operations, at least one measurement operation is carried out without a test phase, preferably the majority of measurement operations are carried out without a test phase.
  • the connection includes, for example, that a test impedance is connected in series to the measuring capacitance. However, it is preferably provided that the test circuit belonging to it; test impedance In test phase; connected in parallel with the measuring capacity. In the test phase, at least one third switching element preferably connects the heating wire to the reference potential via the test impedance in an electrically conductive manner.
  • the test impedance can be formed simply by an ohmic resistor; the test impedance is preferably formed by a capacitor with a predetermined test capacitance. Even more preferably, the test impedance is formed by connecting a capacitor with a predetermined test capacitance and an ohmic resistor in parallel. Provision is preferably made for the test impedance to be varied by changing one or more switching states of the third switching elements during the test phase. .
  • the third switching element is preferably a bipolar transistor in each case.
  • the circuit structure is preferably designed such that the heating mode and measuring mode are operated in alternation.
  • the control circuit is designed to generate a pulse width modulated control signal for the first and/or second switching elements.
  • a microcontroller is provided, for example, in order to vary the duty cycle of the pulse-width-modulated control signal as a function of a desired and/or specified heating power.
  • a shielding circuit is also provided which is designed to apply the AC voltage of the AC voltage source to at least one of the conductor sections between the first and second switching elements during the measurement operation.
  • the renewed use of the term AC voltage is intended to ensure that the AC voltage applied to the heating wire during measurement operation and the AC voltage applied to the conductor sections essentially match in amplitude, frequency and phase in order to achieve optimum shielding.
  • the shielding circuit is designed in a preferred embodiment to apply the AC voltage of the AC voltage source to the second terminal at least during measurement operation, preferably permanently.
  • a fourth switching element is provided, which electrically connects the second connection to the reference potential exclusively during measurement operation, as a result of which the electrical load distribution affecting the shielding circuit is adjusted between measurement operation and the test phase.
  • the first switching elements are transistors, in particular field effect transistors.
  • the shielding circuit is also designed such that the AC voltage is applied to a control connection of the associated transistor, such as the base or gate, in each case during measurement operation, in order to achieve particularly effective shielding.
  • the AC voltage and/or the first switching elements are designed in such a way that a switching operation of the first switching elements during measurement operation is excluded.
  • the detection circuit for compensating for a temperature-dependent blocking behavior of the first switching element is supplemented by a compensation circuit, particularly if these are designed as field-effect transistors and a temperature-dependent reactive current cannot be completely suppressed.
  • the compensation circuit is designed, for example, to change the operating point of the measuring amplifier measuring the alternating current profile as a function of temperature, counteracting the change in the blocking behavior.
  • the compensation circuit has, for example, a microcontroller-controlled reference circuit that forms an R2R network.
  • the invention also relates to a use of the circuit structure in one of the embodiments described above in a motor vehicle, wherein the Heating wire is integrated into a steering wheel of the motor vehicle, for example in a steering wheel rim of the steering wheel.
  • the invention also relates to a method for carrying out an alternating heating and capacitive measuring operation using a common heating wire with the following steps. ,
  • a pair of first switching elements and a pair of second switching elements are switched to the conductive state by a control circuit.
  • the first switching elements and the second switching elements and the heating wire are connected in series.
  • the heating wire is conductively connected to one of two different heating potentials via a first switching element and a second switching element connected to the first switching element via a conductor section, so that a heating current is applied to the heating wire due to the different heating potentials.
  • the control circuit triggers a change of the first switching elements and the second switching elements from the heating mode to a measuring mode, the first switching elements and the second switching elements being in the blocking state during the measuring mode.
  • the two electrically conductive connections of the heating wire to the two different heating potentials which are electrically conductive in heating mode, are interrupted several times during measurement operation.
  • the measuring capacitance of the heating wire is determined in relation to a reference potential by applying an alternating voltage to the heating wire using a detection circuit.
  • a test phase within the measuring operation is carried out during which the test circuit is switched by the control circuit using at least one third switching element and a test impedance, so that a test impedance is connected to the measuring capacitance and an associated change in the measuring capacitance and/or a total impedance is switched off of the measuring capacitance and test impedance is at least detected by the detection circuit.
  • a change in the measuring capacitance caused by switching on the test impedance is only detected qualitatively.
  • a quantitative measurement of the resulting total impedance from the measuring capacitance and test impedance is provided in order to enable calibration of the detection circuit using the specified test impedance.
  • the only time coincidence between the change in the measured capacitance and the change in the switching state is examined.
  • test phase By providing the test phase and the associated design features, it is possible by means of a comparatively simple technical design extension of a heating and measuring circuit to check the integrity of the heating wire as well as the function of the detection circuit and, in the case of quantitative analysis, for example by determining the change in measuring capacitance or the Test phase resulting total impedance to perform a calibration of the detection circuit or downstream evaluation devices.
  • the duration of the test phase is preferably shorter than the duration of a measurement operation carried out between two subsequent heating operations.
  • At least one third switching element is in the blocking state in the time range outside of the test phase. For example, the time ratio of the duration of the testing phase to the total duration of the measurement operation including the testing phase is less than 1/10.
  • the test phase takes place exclusively over a period of time during which a manual approach to the steering wheel is excluded, for example when the vehicle cabin is locked and unoccupied.
  • the test phase is only carried out if no approach was detected in a temporally preceding measurement operation outside of the test phase.
  • the test phase is carried out at the beginning of a measurement operation. In the alternating sequence of heating operation and measurement operation, it can be provided that, in the case of several measurement operations, at least one measurement operation is carried out without a test phase, preferably the majority of measurement operations are carried out without a test phase.
  • the connection includes, for example, that a test impedance is connected in series to the measuring capacitance. However, it is preferably provided that the Test circuit associated test impedance is connected in parallel during the test phase of the measuring capacity. In the test phase, at least one third switching element preferably connects the heating wire to the reference potential via the test impedance in an electrically conductive manner.
  • the test impedance is preferably formed by a capacitor with a predetermined test capacity. Even more preferably, the test impedance is formed by connecting a capacitor with a predetermined test capacitance and an ohmic resistor in parallel. Provision is preferably made for the test impedance to be varied by changing one or more switching states of the third switching elements during the test phase.
  • the third switching element is preferably a bipolar transistor in each case.
  • a shielding circuit is also provided which is designed to apply the AC voltage of the AC power source to at least one of the conductor sections between the first and second switching elements during the measurement operation.
  • the repeated use of the term AC voltage is intended to ensure that the AC voltage applied to the heating wire during measurement operation and the AC voltage applied to the conductor sections essentially match in amplitude, frequency and phase in order to achieve optimum shielding.
  • the shielding circuit is designed in a preferred embodiment second connection at least in the measurement mode, preferably permanently, to apply the AC voltage of the AC voltage source.
  • a fourth switching element is provided, which electrically connects the second connection to the reference potential exclusively during measurement operation, as a result of which the electrical load distribution affecting the shielding circuit is adjusted between measurement operation and the test phase.
  • At least the first switching elements are realized by transistors, in particular field effect transistors, whereby the design of the shielding circuit causes the AC voltage to be applied to a control terminal of the associated transistor, such as the base or gate, in measuring operation, in order to achieve particularly effective shielding.
  • the AC voltage and/or the first switching elements are designed in such a way that a switching operation of the first switching elements is ruled out during measurement operation.
  • a current profile between the heating wire and the AC voltage source resulting from the application of the AC voltage is measured by the detection circuit during measurement operation in order to determine the capacitance based on a phase shift between the AC voltage and the current profile.
  • a temperature-dependent blocking behavior of the first switching elements is compensated during detection, in particular if they are designed as field-effect transistors and a temperature-dependent reactive current cannot be completely suppressed.
  • the detection circuit is supplemented by a compensation circuit, which changes the operating point of the measuring amplifier measuring the alternating current profile as a function of temperature and counteracts the change in the blocking behavior.
  • the compensation circuit has, for example, a microcontroller-controlled reference circuit that forms an R2R network.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a steering wheel with an integrated heating wire belonging to the circuit structure according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic view of the invention
  • Fig. 3 is a schematic view of the invention
  • FIG. 1 shows the use of the circuit assembly 1 according to the invention in a steering wheel 10 of a motor vehicle, not shown.
  • a heating wire 2 which is, for example, a resistance wire such as a nickel-chromium wire, is integrated into the grip area 20, here the steering wheel rim, of the steering wheel, on the one hand to protect the grip area 20 for a vehicle occupant B gripping the steering wheel 10 when the steering wheel is being heated Circuit construction 1 to heat and on the other hand a capacitive touch or. Proximity detection regarding the touching of the grip area 20 or approach to the grip area 20 by the hand of the vehicle occupant B to carry out.
  • this capacitive contact or at least an approach detection is provided, for example to carry out the so-called hands-on detection, which is about monitoring gripping the steering wheel rim i, or the driver Carry out front passenger detection, in which it comes, for example, to activate or deactivate special comfort functions specific to the seat position.
  • the heating wire 2 is subjected to a heating current from the different heating potentials V H+ , V H- during heating operation, for example V H- is at vehicle ground potential.
  • V H- is at vehicle ground potential.
  • the heating wire 2 is subjected to an alternating voltage V AC by the circuit structure 1 according to the invention.
  • the shifting assembly 1 has a pair of first shifting elements 3a, 3b and a pair of second shifting elements 4a, 4b.
  • the first switching elements 3a, 3b are each formed by a field effect transistor, in particular a normally off field effect transistor, preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOS»FET).
  • the second switching elements 4a, 4b are, for example, likewise each implemented by a transistor, more preferably each by a field effect transistor, most preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • the heating wire 2 is connected to the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b in such a way that during heating operation, during which the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b are in the conductive state at the same time are, the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b and the heating wire 2 are connected in series.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the heating wire 2 is connected to one of the two different heating potentials V H+ , V H ⁇ via a first switching element 3a, 3b and a second switching element 4a, 4b connected to the first switching element 3a, 3b via a conductor section 5a, 5b . Due to the fact that the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b are switched through (conductive) in the heating mode, the heating wire 2 is interspersed with the heating current. If at least one switching element of the first switching elements 3a, 3b and second switching elements 4a, 4b is in the non-conductive or blocking state, there is no heating current.
  • the heating power of the heating wire 2 can thus be adjusted.
  • this is detailed below explained test circuit 14, 15 associated third switching element rl4 switched to the blocking state.
  • a detection circuit 9 is also provided to measure the capacitance of the heating wire 2 in relation to a reference potential 16, such as the vehicle ground, by applying an AC voltage V AC to the heating wire 2 from an AC voltage source 12, here a through the Microcontroller 13 controlled sine generator to determine.
  • a change in this capacitance can be used, for example, to detect the approach of a vehicle occupant B or at least the approach of a hand of vehicle occupant B.
  • the; Detection circuit 9 designed to measure a current profile between the heating wire 2 and the AC voltage source 12 resulting from the application of the AC voltage V AC in the measuring mode in order to determine the capacitance based on a phase shift between the AC voltage V AC and the current profile.
  • the current profile is measured using a voltage drop across a shunt resistor 8 (shunt) with signal amplification by a measuring amplifier of the detection circuit, the measurement result of which is transmitted to the microcontroller 13 .
  • the change from heating mode to measuring mode is effected by the microcontroller 13 in cooperation with the control circuit parts 6a, 6b, so that in the measuring mode the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b are in the blocking state, so that the two Heating operation electrically conductive connections of the heating wire 2 to the two different heating potentials V H + , V H- are interrupted several times in the measurement mode.
  • the multiple interruption to the two heating potentials V H + , V H- has the advantage that in addition to the particularly effective, capacitive decoupling of the heating wire 2 compared to the heating potentials V H + , V H- and the reduction of the parasitic capacitances on the repeatedly interrupted connection to the Heating potentials V H + , V H- , in which the switching elements 3 a, 3 b; 4a, 4b are to be regarded as capacitive impedances connected in series, furthermore a detection circuit 9 using an alternating voltage V AC for detection can be used in an improved manner since the first switching elements 3a, 3b, for example, are different than the non-symmetrically switched diodes in the prior art, and this separation affects both current directions of the alternating current generated in the measurement mode, which facilitates and improves the determination of the capacitance by means of alternating voltage V AC , but in particular the preferred way of detecting the phase shift.
  • the circuit configuration 1 is designed such that the heating mode and measuring mode are operated in alternation.
  • the microcontroller 13 regulates the duty cycle of the pulse width modulated control signals PWMa or PWMb depending on a desired and/or specified heating power.
  • a shielding circuit 7 is also provided, which is designed so that not only the conductor sections 5a, 5b between the respective first switching element 3a, 3b and the second switching element 4a, 4b but also the control terminals G a , G b of the first switching elements 3a, 3b with the AC voltage V AC of the AC voltage source 12 to apply.
  • AC voltage is based on the fact that the AC voltage V AC present on the heating wire 2 during measurement operation and the AC voltage V AC present on the conductor sections 5a, 5b essentially match in amplitude, frequency and phase in order to achieve optimum shielding .
  • the detection circuit 9 is supplemented by a compensation circuit 11 to compensate for a temperature-dependent blocking behavior of the first switching elements 3a, 3b, in order to compensate for a temperature-dependent reactive current or a temperature-dependent blocking behavior of these first switching elements 3a, 3b.
  • the compensation circuit 11 is provided and designed to change the operating point of the measuring amplifier of the detection circuit 9, which measures the alternating current course, as a function of temperature, counteracting the change in the blocking behavior.
  • the compensation circuit has, for example, a reference circuit that forms an R2R network and is connected to the microcontroller 13 for controlling the compensation.
  • control circuit 6a, 6b 13 is also designed to switch a test circuit 14, 15 containing a third switching element 14 and a test impedance 15 in a test phase within the measuring operation in such a way that the test impedance 15 is connected to the measuring capacitance, and an associated change in the measuring capacitance and /or a total impedance from the measuring capacitance and test impedance is at least detected by the detection circuit 9 .
  • a change in the measuring capacitance caused by the connection of the test impedance 15 is only qualitatively detected.
  • a quantitative measurement of the resulting total impedance from the measuring capacitance and test impedance 15 is provided in order to enable the detection circuit to be calibrated using the specified test impedance.
  • the only time coincidence between the change in the measured capacitance and the change in the switching state is examined.
  • the test phase and the associated design features it is possible to check the integrity of the heating wire 2 as well as the function of the detection circuit 9 by means of a comparatively simple technical design extension of a heating and measuring circuit and, in the case of a quantitative examination, for example by determining the change in the measuring capacity or to carry out a calibration of the detection circuit 9 or downstream evaluation devices for the total impedance resulting in the test phase.
  • the duration of the test phase is preferably shorter than the duration of a measurement operation carried out between two subsequent heating operations.
  • At least the third switching element 14 is in the blocking state in the time range of the measuring operation outside of the test phase.
  • the AC voltage V AC is fed in at one end of the heating wire 2, while the test impedance 15 is switched on at the opposite end of the heating wire 2, so that the test circuit 14, 15 belonging to it Test impedance 15 is connected in parallel in the test phase of the measuring capacity.
  • the third switching element 14 electrically conductively connects the heating wire 2 to the reference potential 16 via the test impedance 15 .
  • the test impedance 15 is a capacitor with a predetermined test capacitance.
  • the third switching element 14 is a bipolar transistor.
  • the time ratio of the duration of the testing phase to the total duration of the measurement operation including the testing phase is less than 1/10.
  • the chronological sequence of heating operation and measurement operation is not shown in detail.
  • the test phase takes place exclusively over a period of time during which manual approach to the steering wheel is excluded, for example when the vehicle cabin is locked and unoccupied.
  • the test phase is only carried out if no approach was detected in a previous measurement operation outside of the test phase.
  • the test phase is carried out at the beginning of a measurement operation.
  • the alternating sequence of heating operation and measurement operation it can be provided that, in the case of several measurement operations, at least one measurement operation is carried out without a test phase, preferably the majority of measurement operations are carried out without a test phase.
  • FIG. 3 schematically shows the electrical circuit structure 1 for the alternating heating and capacitive measuring operation using a common heating wire 2 in a second embodiment according to the invention.
  • the heating wire 2 is interspersed with an electrical heating current fed from two poles lying at the two different heating potentials V H+ , V H ⁇ , a heating voltage dropping across the heating wire 2 .
  • the circuit structure 1 has a pair of first switching elements 3a, 3b and a pair of second switching elements 4a, 4b.
  • the first switching elements 3a, 3b are each formed by a field effect transistor, in particular a normally off field effect transistor, preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the second switching elements 4a, 4b are, for example, likewise each implemented by a transistor, more preferably each by a field effect transistor, most preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • the heating wire 2 is connected to the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b in such a way that in the heating mode, during which the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b are in the conductive state, i.e. at the same time , The first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b and the heating wire 2 are connected in series.
  • the heating wire 2 is conductively connected to one of the two different heating potentials V H + , V H - via a first switching element 3a, 3b and a second switching element 4a, 4b connected to the first switching element 3a, 3b via a conductor section 5a, 5b .
  • the heating wire 2 is interspersed with the heating current. If at least one switching element of the first switching elements 3a, 3b and second switching elements 4a, 4b is in the non-conductive or blocking state, there is no heating current.
  • the heating power of the heating wire 2 can thus be adjusted.
  • the test circuits 14.1, 14.2; 15 associated, third switching elements 14.1, 14.2 switched to the blocking state.
  • a detection circuit 9 is also provided to measure the capacitance of the heating wire 2 in relation to a reference potential 16, such as the vehicle ground, by applying an AC voltage V AC to the heating wire 2 from an AC voltage source 12, here a through the Microcontroller 13 controlled sine generator to determine.
  • a change in this capacitance can be used, for example, to detect the approach of a vehicle occupant B or at least the approach of a hand of vehicle occupant B.
  • the detection circuit 9 is designed to measure a current profile between the heating wire 2 and the AC voltage source 12 resulting from the application of the AC voltage V AC during measurement operation in order to determine the capacitance based on a phase shift between the AC voltage V AC and the current profile.
  • the course of the current is measured using a voltage drop across a shunt resistor 8 (shunt) with signal amplification by a measuring amplifier of the detection circuit 9 , the measurement result of which is transmitted to the microcontroller 13 .
  • the change from heating mode to measuring mode is effected by the microcontroller 13 in cooperation with the control circuit parts 6a, 6b, so that in the measuring mode the first switching elements 3a, 3b and the second switching elements 4a, 4b are in the blocking state, so that the two connections of the heating wire 2, which are electrically conductive in the heating mode, to the two different heating potentials V H+ , V H- are each repeatedly interrupted in the measuring mode.
  • the multiple interruption to the two heating potentials V H + , V H- has the advantage that in addition to the particularly effective, capacitive decoupling of the heating wire 2 compared to the heating potentials V H + , V H- and the reduction of the parasitic capacitances on the repeatedly interrupted connection to the Heating potentials V H + , V H- , in which the switching elements 3a, 3b; 4a, 4b are to be regarded as capacitive impedances connected in series, furthermore a detection circuit 9 using an AC voltage V AC for detection can be used in an improved manner, since the first switching elements 3a, 3b, for example unlike the non-symmetrically connected diodes in the prior art, separate symmetrically and this separation has an effect on both current directions of the alternating current generated in the measuring operation, which facilitates and improves the determination of the capacity by means of alternating voltage V AC but in particular the preferred way of detecting the phase shift.
  • the circuit structure 1 is designed such that the heating mode and measuring mode are operated in alternation.
  • the microcontroller 13 regulates the duty cycle of the pulse width modulated control signals PWM a and PWM b as a function of a desired and/or specified heating power.
  • a shielding circuit 7 is also provided, which is designed not only to protect the conductor sections 5a, 5b between the respective first switching element 3a, 3b and the second switching element 4a, 4b during the measurement operation, but also the control connections G a , G b of the first switching elements 3a, 3b with the AC voltage V AC -the AC voltage source 12 to apply.
  • the use of the term AC voltage is based on the fact that the AC voltage V AC present on the heating wire 2 during measurement operation and the AC voltage V AC present on the conductor sections 5a, 5b essentially match in amplitude, frequency and phase in order to achieve optimum shielding . In certain areas of application it can be provided that only one of the Conductor sections 5a, 5b and only one of the control terminals G a , G b is acted upon by the AC voltage V AC from the AC voltage source 12 .
  • the third switching element 14.1, 14.2 is not connected between the heating wire 2 and the component forming the test impedance, for example the capacitor C1 , but between the respective component and the reference potential 16 Specifically, it has been shown that parasitic effects of the third switching elements in the interconnection according to FIG.
  • a first connection of both of the components forming the test impedance, ohmic resistor R 1 and capacitor C 1 is permanently electrically connected to heating wire 2 .
  • the respective third switching element 14.1 or 14.2 is provided to apply the reference potential 16 selectively to a second connection of the respective component C 1 or R 1 forming the test impedance exclusively in the test phase.
  • the shielding circuit 7 in the embodiment shown is designed to connect the second connection, at least during measurement operation, preferably permanently, to the AC voltage V AC der AC voltage source 12 to be applied via the resistor R 2 .
  • the capacitor C 1 is "neutralized” and does not have a parasitic effect.
  • the switching states of the third switches 14.1, 14.2, which can be set by the microcontroller 13, thus determine the electrical properties of the test impedance 15 in the test phase.
  • the third switch 14.1 When the third switch 14.1 is exclusively closed, there is an ohmic test impedance 15 determined primarily by the resistor R1 , while when the switch 14.2 is exclusively closed, an ohmic test impedance primarily determined by the capacitor C1 capacitive test impedance is present.
  • the switching states of the third switches 14.1 and 14.2 determine the test impedance in the real and imaginary parts and influence the phase shift between current and voltage in the test phase. By evaluating the phase shift, conclusions can firstly be drawn as to the functionality of the signal source and detection circuit 9 and secondly as to the integrity of the heating wire 2 .
  • test phase By providing the test phase and the associated design features, it is possible to check the integrity of the heating wire 2 as well as the function of the detection circuit 9 by means of a comparatively simple technical design extension of a heating and measuring circuit, and by determining the change in the measuring capacitance or in the test phase resulting total impedance to perform a calibration of the detection circuit 9 or downstream evaluation devices.
  • the duration of the test phase is preferably shorter than the duration of a measurement operation carried out between two subsequent heating operations.
  • At least one of the third switching elements 14.1, 14.2 is in the blocking state in the time range of the measuring operation outside of the test phase.
  • the AC voltage V AC is fed in at one end of the heating wire 2, while the test impedance 15 is switched on at the opposite end of the heating wire 2, so that the test impedance 15 belonging to the test circuit 14, 15 is connected in parallel during the test phase of the measuring capacity.
  • at least one of the third switching elements 14.1 14.2 electrically conductively connects the heating wire 2 to the reference potential 16 via at least one component of the components forming the test impedance 15.
  • the time ratio of the duration of the testing phase to the total duration of the measurement operation including the testing phase is less than 1/10.
  • the test phase takes place exclusively over a period of time during which a manual approach to the steering wheel is excluded, for example when the vehicle cabin is locked and unoccupied.
  • the test phase is only carried out if in a temporally preceding, outside of the no approach was detected during the test phase.
  • the test phase is carried out at the beginning of a measurement operation.
  • the alternating sequence of heating operation and measurement operation it can be provided that, in the case of several measurement operations, at least one measurement operation is carried out without a test phase, preferably the majority of measurement operations are carried out without a test phase.
  • the detection circuit 9 is also to compensate for a temperature-dependent blocking behavior of the first switching elements 3a, 3b by a
  • Compensation circuit 11 supplemented to compensate for a temperature-dependent reactive current or a temperature-dependent blocking behavior of these first switching elements 3a, 3b;
  • the compensation circuit 11 is provided and configured to change the operating point of the measuring amplifier of the detection circuit 9, which measures the course of the alternating current, as a function of temperature, counteracting the change in the blocking behavior.
  • the compensation circuit has, for example, a reference circuit which forms an R2R network and which is connected to the microcontroller 13 for controlling the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Durchführung eines alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetriebs mittels eines gemeinsamen Heizdrahts (2), aufweisend die folgenden Schritte: Durchführen eines Heizbetriebs, während dem durch Beschaltung durch eine Steuerschaltung (6a, 6b, 13) ein Paar erster Schaltelemente (3a, 3b) und zweiter Schaltelemente (4a, 4 b) in leitendem Zustand sind, die ersten Schaltelemente (3a, 3 b) und die zweiten Schaltelemente (4a, 4b) und der Heizdraht (2) in Reihe geschaltet sind und der Heizdraht (2) jeweils über ein erstes Schaltelement (3a, 3b) und ein über einen Leiterabschnitt (5a, 5b) mit dem ersten Schaltelement (3a, 3b) verbundenes, zweites Schaltelement (4a, 4b) mit einem von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen (VH+, VH-) leitend verbunden ist, so dass der Heizdraht (2) mit einem Heizstrom beaufschlagt wird; Auslösen eines Wechsels von dem Heizbetrieb in einen Messbetrieb der ersten Schaltelemente (3a, 3b) und der zweiten Schaltelemente (4a, 4b) durch die Steuerschaltung (6a, 6b), so dass die beiden, im Heizbetrieb elektrisch leitenden Verbindungen des Heizdrahts (2) zu den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen (VH+, VH-) im Messbetrieb jeweils mehrfach unterbrochen sind; Durchführen des Messbetriebs, bei dem die Messkapazität des Heizdrahts (2) gegenüber einem Referenzpotenzial (16) durch Beaufschlagung des Heizdrahtes (2) mit einer Wechselspannung (VAC) einer Wechselspannungsquelle (12) durch eine Detektionsschaltung (9) ermittelt wird; Durchführen einer zeitlich innerhalb des Messbetriebs liegenden Prüfphase, während der mittels einer mindestens ein drittes Schaltelement (14) und eine Prüfimpedanz (15) beinhaltenden Prüfschaltung (14, 15), die Prüfschaltung (14, 15) durch die Steuerschaltung (6a, 6b, 13) so geschaltet wird, dass der Messkapazität eine Prüfimpedanz (15) zugeschaltet wird und eine zugehörige Messkapazitätsänderung und/oder eine Gesamtimpedanz aus der Messkapazität und Prüfimpedanz (15) durch die Detektionsschaltung (9) zumindest detektiert wird.

Description

Elektrischer Schaltungsaufbau für den alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetrieb mit Funktionsprüfung und zugehöriges Verfahren sowie Verwendung
Das Lenkrad und der Fahrersitz eines Kraftfahrzeugs ist bei Fahrzeugen regelmäßig mit einer elektrischen Heizung als Komfortfunktion versehen, dazu ist der Griffbereich, insbesondere der Lenkradkranz des Lenkrads bzw. das Sitzpolsterund das Rückenpolster des Sitzes mit einem Heizdraht durchzogen. Aus sicherheitstechnischen Überlegungen aber auch um zusätzliche Komfortfunktionen zu realisieren, besteht Bedarf ferner eine Berühr- oder zumindest eine Annäherungsdetektion durchführen zu können, wie die sogenannte Hands-On- Detektion, bei der es darum geht, das Ergreifen des Lenkradkranzes zu überwachen, oder die Fahrer- Beifahrer-Erkennung, bei der es beispielsweise darum geht, spezielle Komfortfunktionen sitzpositionsspezifisch zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Es bietet sich daher an, den Heizdraht in einer Nicht-Heizphase im sogenannten Messbetrieb als Elektrode zur kapazitiven Annäherungsdetektion zu verwenden. Da der Heizbetrieb üblicherweise mit einem pulsweitenmodulierten Heizstrom durchgeführt wird, sind Phasen, in denen kein Heizstrom anliegt, vorhanden, die für den Messbetrieb genutzt werden. Um in dem Messbetrieb „allseitige", d.h. von allen den Heizstrom bereitstellenden Polen der HeizspannungEinstreuungen in die zwischen dem Heizdraht als kapazitive Elektrode und einer Referenzelektrode oder dem Massepntenzial zu vermeiden, ist es beispielsweise aus der DE 11 2014 002 044 T5 bekannt, den Heizdraht allpolig mittels Feldeffekttransistoren im Messbetrieb von denen die unterschiedlichen Heizpotenziale bereitsten enden Polen zu trennen. Schaltmittel, insbesondere Feldeffekttransistoren weisen parasitäre Kapazitäten auf, die bei der Bestimmung der eigentlichen Messkapazität störend wirken können. Die US 2010/0038351 A1 schlägt vor, die isolierende Wirkung der sperrenden Schaltmittel im Messbetriebdurch zusätzliche Impedanzen, insbesondere Dioden, zu unterstützen, wobei zusätzlich ein Abschirmsignal an die Verbindu ngsleitung zwischen den Dioden und den Schaltmitteln anliegen kann. Eine derartige Lösung hat den Nachteil, dass die zusätzlichen Impedanzen insbesondere die Dioden den Heizstrom beeinflussen, insbesondere ohmsche Verluste aufweisen und somit die elektrische Heizspannung nicht optimal in thermische vom Heizdraht abgegebene Heizleistung (Joulesche Wärme) umgesetzt werden kann. Ein weiteres Problem bei der Verwendung des Heizdrahtes als Elektrode zur kapazitiven Annäherungsdetektion ist, dass die Elektrode durch den Wechsel zwischen Heizbetrieb und dem Messbetrieb als Nicht- Heizbetrieb einer hohen thermischen Belastung und thermisch bedingter Ausdehnungsschwankungen unterliegt, wodurch sich letztlich auch ein Ausfall des Heizdrahtes aber auch Schwankungeh der Sensitivität der mit dem Heizdraht verbundenen Detektionsschaltung ergeben.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaltungsaufbau für den alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetrieb bereitzustellen, bei dem neben der effizienten Nutzung des Heizstroms im Heizbetrieb gleichzeitig die Zuverlässigkeit der kapazitiven Annäherungsmessung im Messbetrieb zumindest sichergestellt oder gar verbessert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Schaltungsaufbau des Anspruchs 1, Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben Sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Durchführung eines alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetriebs mittels eines gemeinsamen Heizdrahts sowie die erfindungsgemäße Verwendung des Schaltungsaufbaus sind jeweils Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltungsaufbau für den alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetrieb unter Verwendung eines gemeinsamen Heizdrahtes, wobei im Heizbetrieb der Heizdraht, der beispielsweise ein Widerstandsdraht, wie ein Nickel-Chrom-Draht ist, mit aus zwei auf zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen liegenden Pofen gespeisten elektrischen Heizstrom durchsetzt wird, wobei an dem Heizdraht eine Heizspannung abfällt. Der Schaltungsaufbau weist ein Paar erster Schältelemente und ein Paar zweiter Schaltelemente auf. Bevorzugt sind die ersten: Schaltelemente; durch einen Transistor, bevorzugter jeweils durch einen Feldeffekttransistor, meist bevorzugt einen Metalloxid-Halbfeiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) ausgebildet. Noch bevorzugter sind erste und zweite Schältelemente durch einen Transistor, bevorzugter jeweils durch einen Feldeffekttransistor, meist bevorzugt einen Metailoxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) realisiert. Der Heizdraht ist dabei so mit den ersten und zweiten Schaltelementen verschaltet, dass in dem Heizbetrieb, während dem die ersten und zweiten Schältelemente, somit zeitgleich, in leitendem Zustand sind, die ersten und zweiten Schaltelernente und der Heizdraht in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Heizdraht jeweils über ein erstes Schaltelement und ein über einen Leiterabschnitt mit ’ dem ersten Schaltelement verbundenes, zweites Schaltelement mit einem von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen, beispielsweise einerseits Fahrzeugmasse und andererseits dem positiven Batteriepotenzial, leitend verbunden. Dadurch, dass im Heizbetrieb die ersten und zweiten Schaltelemente durchgeschaltet sind, wird der Heizdraht mit dem Heizstrom durchsetzt. Ist mindestens ein Schaltelement der ersten und zweiten Schaltelemente im nicht-leitenden bzw. sperrenden Zustand liegt kein Heizstrom an. Durch periodisches Umschalten und Verändern der Dauer des jeweiligen Heizbetriebs, beispielsweise durch Ansteuerung wenigstens eines oder aller Schaltelemente mittels eines pulsweitenmodulierten Signals, kann somit die Heizleistung des Heizdrahtes eingestellt werden.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Detektionsschaltung vorgesehen, um in einem zeitlich außerhalb des Heizbetriebs liegenden Messbetrieb, die Messkapazität des Heizdrahts gegenüber einem Referehzpotenzial, beispielsweise dem einer Referenzelektrode oder der Fahrzeugmasse, durch Beaufschlagüng des Heizdrahtes mit einer Wechselspannung einer Wechselspannungsquelle zuermiteln. Anhand einer Änderung dieser Messkapazität lässt sich beispielsweise eine Annäherung eines Fahrzeug insassen öder zumindest die Annäherung einer Hand des Fahrzeuginsassen detektieren. Zur Bestimmung der Messkapazität dieser Art sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Erfindungsgemäß werden hier solche Verfahren angewandt, bei denen die Messkapazität zuverlässig durch Anlegen einer Wechselspannung an den Heizdraht als Sendeelektrode detektierbarist. Amplitudenmodulierte Detektionsschaltungen versorgen den durch den Heizdraht gebildeten zu messenden Kondensator mit hochfrequentem Wechselstrom (z. B. 20 kHz) und erfassen den resultierenden Blindstrom.
Bei frequenzmoduiierten Detektionsschaltungen wird die zu messende Messkapazität mit einer Induktivität zu einem Schwingkreis als Bestandteil eines LC-Oszillators zusammengeschaltet, dessen Frequenz gemessen wird, indem sie mit einer Referenz verglichen wird. Bei einer änderen Variante der frequenzmodulierten Detektionsschaltung ist die Messkapazität Bestandteil eines astabilen Multivibrators. Bevorzugt ist die Detektionsschaltung ausgelegt, im Messbetrieb einen aus der Beaufschlagung mit der Wechselspannung resultierenden Stromverlauf zwischen dem Heizdraht und der Wechselspannungsquelle zu messen, um daraus anhand einerPhasenverschiebung zwischen der Wechselspannung und dem Strom verlauf die jeweilige Messkapazität zu ermiteln. Beispielsweise wird der Stromverlauf anhand eines Spannungsabfalls an einem Nebenschlusswiderstand (shunt) unter Signalverstärkung durch einen Messverstärker gemessen.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Steuerschaltung vorgesehen, um die ersten Schaltelemente und zweiten Schaltelemente von dem Heizbetrieb in den Messbetrieb zu schälten, während dem die ersten Schaltelemente und die zweiten Schaltelemente in sperrendem Zustand sind, so dass die beiden im Heizbetrieb elektrisch leitenden Verbindungen des Heizdrahts zu den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen im Messbetrieb jeweils mehrfach unterbrochen sind. Die mehrfache Unterbrechung zu den beiden Heizpotenzialen hat den Vorteil, dass neben der besonders effektiven, kapazitiven Entkopplung des Heizdrahtes gegenüberden Heizpotenzialen und der Verminderung der parasitären Kapazitäten auf der mehrfach unterbrochenen Verbindung zu den Heizpotenzialen, bei der nunmehr die Schaltelemente als in Reihe geschaltete kapazitive Impedanzen zu betrachten sind, ferner eine eine Wechselspannung nutzende Detektionsschaltung verbessert genutzt werden kann, da die ersten Schaltelemente, beispielsweise anders als die nicht symmetrisch geschalteten Dioden im Stand der Technik, symmetrisch trennen und sich diese Trennung auf beide Stromrichtungen des im Messbetrieb generierten Wechselstroms auswirkt, was die Ermittlung der Messkapazität mittels Wechselspannung, aber insbesondere den bevorzugten Weg über die Detektion der 'Phasenverschiebung erleichtert und verbessert.
Erfindungsgemäß ist die Steuerschaltung ferner ausgebildet, in einer innerhalb des Messbetriebs liegenden Prüfphase eine mindestens ein drittes Schaltelement und eine Prüfimpedanz beinhaltende Prüfschaltung so zu schalten, dass der Messkapazität die Prüfimpedanz zugeschaltet wird, und eine zugehörige Messkapazitätsänderung und/oder eine Gesamtimpedanz aus der Messkapazität und Prüfimpedanz durch die Detektionsschaltung zumindest detektiert wird. Beispielsweise wird eine durch die Zuschaltung der Prüfimpedanz bewirkte Änderung der Messkapazität lediglich qualitativ detektiert. In einer anderen Ausgestaltung ist eine quantitative Messung der resultierenden Gesamtimpedanz aus Messkapazität und Prüfimpedanz vorgesehen, um eine Kalibrierung der Detektionsschaltung mittels der vorgegebenen Prüfimpedanz zu ermöglichen. In einer einfachen Ausgestaltung wird lediglich hinsichtlich zeitlicher Koinzidenz zwischen Messkapazitätsänderung und Schaltzustandsänderung untersucht. Durch das Vorsehen der Prüfphase und den zugehörigen konstruktiven Merkmaien ist es möglich durch vergleichsweise einfache technische konstruktive Erweiterung einer Heiz- und Messschaltung einerseits die Unversehrtheit des Heizdrahtes aber auch die Detektionsschaltung auf Funktion zu überprüfen und bei quantitativer Untersuchung, beispielsweise durch Ermitteln der Messkapazitätsänderung oder der in der Prüfphase resultierenden Gesamtimpedanz eine Kalibrierung der Detektionsschaltung oder nachgeschalteter Auswerteinrichtungen durchzuführen. Bevorzugt ist die Dauer der Prüfphase kürzer als die Dauer eines zwischen zwei abfolgenden Heizbetrieben durchgeführten Messbetriebs, in dem außerhalb der Prüfphase liegenden Zeitbereich ist wenigstens ein drittes Schaltelement in sperrendem Zustand. Beispielsweise ist das Zeitverhältnis aus der Dauer der Prüfphase zu Gesamtdauer des die Prüfphase beinhaltenden Messbetriebs weniger als 1/10.
In einer Ausgestaltung findet die Prüfphase ausschließ
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über einen Zeitraum statt. Innerhalb dessen; eine händische Annäherung an das Lenkrad ausgeschlossen ist, beispielsweise im verriegelten, unbesetzten Zustand der Fahrzeugkabine. In einer anderen Ausgestaltung wird die; Prüfphase ausschließlich dann durchgeführt, wenn in einem zeitlich vorhergehenden, sich außerhalb der Prüfphase befindlichen Messbetrieb keine Annäherung detektiert wurde. In einer Ausgestaltung wird die Prüfphase zu Beginn eines Messbetriebs durchgeführt. Bei der alternierenden Abfolge von Heizbetrieb und Messbetrieb kann vorgesehen sein, dass bei mehreren Messbetrieben wenigstens einer ohne Prüfphase, bevorzugt die Mehrzahl von Messbetrieben ohne Prüfphase durchgeführt werden.
Das Zuschalten umfasst beispielsweise, dass der Messkapazität eine Prüfimpedanz in Serie zugeschaltet wird. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die zur Prüfschaltung gehörige; Prüfimpedanz In der Prüfphase; der Messkapazität parallel zugeschaltet ist. Bevorzugt verbindet in der Prüfphase wenigstens ein drittes Schaltelement den Heizdraht über die Prüfimpedanz mit dem Referenzpotenzial elektrisch leitend. Die Prüfimpedanz kann lediglich durch einen ohmschen Widerstand ausgebildet sein, bevorzugt wird die Prüfimpedanz durch einen Kondensator mit einer vorgegebenen Prüfkapazität ausgebildet. Noch bevorzugter ist die Prüfimpedanz durch die Parallelschaltung eines Kondensators mit einer vorgegebenen Prüfkapazität und eines ohmschen Widerstands ausgebildet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass diePrüfimpedanz durch Verändern eines oder mehrerer Schaltzustände der dritten Schaltelemente während der Prüfphase variiert wird. .
Zur Reduzierung parasitärer Kapazitäten ist das dritte Schaltelement bevorzugt jeweils ein Bipolartransistor.
Bevorzugt ist der Schaltungsaufbau ausgelegt, dass der Heizbetrieb und Messbetrieb im alternierenden Wechsel betrieben werden. Beispielsweise ist die Steuerschaltung ausgebildet, ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal für die ersten und/oder zweiten Schaltelernente zu erzeugen. Ferner ist beispielsweise ein Mikrocohtröller vorgesehen, um den Tastgrad des pulsweitenmodulierten Steuersignals in Abhängigkeit einer gewünschten und/oder vorgegebenen Heizleistung zu variieren .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltungsaufbaus ist ferner eine Abschirmschaltung vorgesehen, die ausgebildet ist, während des Messbetriebs mindestens wenigstens einen der Leiterabschnitte zwischen jeweils dem ersten und zweiten Schaltelement mit der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle zu beaufschlagen. Hierbei soll mit der erneuten Verwendung des Begriffs Wechselspahnung darauf abgestellt, dass die im Messbetrieb am Heizdraht anliegende Wechselspannung und ' die an den Leiterabschnitten anliegende Wechselspannung im Wesentlichen in Amplitude, Frequenz und Phase übereinstimmen, um eine optimale Abschirmung zu erreichen.
Es; hat sich gezeigt, dass parasitäre Effekte der dritten Schaltelernente beim Messbetrieb besser zu vermeiden sind, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein erster Anschluss wenigstens einer der die Prüfimpedanz ausbildenden Komponenten, beispielsweise des Kondensators, dauerhaft mit dem Heizdraht elektrisch verbunden ist; und das dritte Schaltelement vorgesehen ist, um einen zweiten Anschluss der jeweiligen die Prüfimpedanz ausbildenden Komponente ausschließlich in der Testphase selektiv mit dem Referenzpotenzial zu beaufschlagen. Um aber die parasitären Effekte wenigstens einer der nicht vomHeizdraht elektrisch zu trennenden Komponente der Prüfimpedanz zu vermeiden, ist die Abschirmschaltung in einer bevorzugten Ausgestaltung ausgelegt, den zweiten Anschluss zumindest im Messbetrieb, bevorzugt dauerhaft, mit der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle zu beaufschlagen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein viertes Schaltelement vorgesehen, welches den zweiten Anschluss ausschließlich im Messbetrieb mit dem Referenzpotenzial elektrisch verbindet, wodurch die die Abschirmschaltung bestreffende elektrische Lastverteilung zwischen Messbetrieb und Testphase angeglichen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest die ersten Schaltelemente Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren. Dabei ist ferner die Abschirmschaltung ausgelegt, dass die Wechselspannung im Messbetrieb jeweils an einem Steueranschluss des zugehörigen Transistors, wie Basis oder Gate, anliegt, um eine besonders effektive Abschirmung zu erreichen. 'Dabei ist die Wechselspannung und/oder sind die ersten Schaltelemente so ausgelegt, dass ein Schaltvorgang der ersten Schaltelemente im Messbetrieb ausgeschlossen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Detektionsschaltung zur Kompensation eines temperaturabhängigen Sperrverhaltens der ersten Schältelerhente durch eine Kompensationsschaltung ergänzt, insbesondere wenn diese als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind und ein temperaturabhähgiger Blindstrom nicht ganz unterbunden werden kann. Um dies zu kompensieren, ist die Kompensationsschaltung beispielsweise ausgebildet, den Arbeitspunkt des den Wechselstromverlauf messenden Messverstärkers temperaturabhängig, der Änderung des Sperrverhaltens entgegenwirkend zu ändern. Dazu weist die Kompensationsschaltung beispielsweise eine ein R2R-Netzwerk ausbildende, mikrocontrollergesteuerte Referenzschaltung auf.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des Schaltungsaufbaus in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug, wobei der Heizdraht in ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in einen Lenkradkranz des Lenkrades, integriert ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung eines alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetriebs mittels eines gemeinsamen Heizdrahts mit den folgenden Schritten . ,
In einem Heizbetrieb sind durch eine Steuerschaltung ein Paar aus ersten Schaltelerneriten und ein Paar aus zweiten Schaltelementen in leitendem Zustand geschaltet. Während dieses Heizbetriebs sind die ersten Schaltelemente und die zweiten Schaltelemente und der Heizdraht in Reihe geschaltet. Ferner ist im Heizbetrieb der Heizd raht jeweils über ein erstes Schaltelement und ein über einen .Leiterabschnitt mit dem ersten Schaltelement verbundenes, zweites Schaltelement mit einem von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen leitend verbunden, so dass der Heizdraht aufgrund der unterschiedlichen Heizpotentiale mit einem Heizstrom beaufschlagt wird.
In einem nachfolgenden Schritt erfolgt ein Auslösen eines Wechsels der ersten Schaltelemente und der zweiten Schaltelemente von dem Heizbetrieb in einen Messbetrieb durch die Steuerschaltung, wobei während des Messbetriebs die ersten Schaltelemente und die zweiten Schaltelemente in sperrendem Zustand sind. Dadurch sind im Messbetrieb die beiden im Heizbetrieb elektrisch leitenden Verbindungen des Heizdfahts zu den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen jeweils mehrfach unterbrochen. Während des Messbetriebs wird die Messkapazität des Heizdrahts gegenüber einem Referenzpotenzial durch Beaufschlagung des Heizdrahtes mit einer Wechselspannung durch eine Detektionsschaltung ermittelt. Nachfolgend erfolgt bevorzugt ein Wechsel von; dem Messbetrieb in den; Heizbetrieb, noch bevorzugter werden Heizbetrieb und Messbetrieb im alternierenden Wechsel betrieben.
Erfindungsgemäß wird in einer innerhalb des Messbetriebs liegenden Prüfphase durchgeführt, während der mittels einer mindestens ein drittes Schaltelement und eine Prüfimpedanz beinhaltenden Prüfschaltung, die Prüfschaltung durch die Steuerschaltung so geschaltet wird, dass der Messkapazität eine Prüfimpedanz zugeschaltet wird und eine zugehörige Messkapazitätsänderung und/oder eineGesamtimpedanz aus der Messkapazität und Prüfimpedanz durch die Detektionsschaltung zumindest detektiert wird. Beispielsweise wird eine durch die Zuschaltung der Prüfimpedanz bewirkte Änderung der Messkapazität lediglich qualitativ detektiert, In einer anderen Ausgestaltung ist eine quantitative Messung der resultierenden Gesamtimpedanz aus Messkapazität und Prüfimpedanz vorgesehen, um eine Kalibrierung der Detektionsschaltung mittels der vorgegebenen Prüfimpedanz zu ermöglichen. In einer einfachen Ausgestaltung wird lediglich hinsichtlich zeitlicher Koinzidenz zwischen Messkapazitätsänderung und Schaltzustandsänderung untersucht.
Durch das Vorsehen der Prüfphase und den zugehörigen konstruktiven Merkmalen ist es möglich durch vergleichsweise einfache technische konstruktive Erweiterung einer Heiz- und Messschaltung einerseits die Unversehrtheit des Heizdrahtes aber auch die Detektionsschaltung auf Funktion zu überprüfen und bei quantitativer Untersuchung, beispielsweise durch Ermitteln der Messkapazitätsänderung oderder in der Prüfphase resultierenden Gesamtimpedanz eine Kalibrierung der Detektionsschaltung oder nachgeschalteter Auswerteinrichtungen durchzuführen. Bevorzugt ist die Dauer der Prüfphase kürzer als die Dauer eines zwischen zwei abfolgenden Heizbetrieben durchgeführten Messbetriebs. In dem außerhalb der Prüfphase liegenden Zeitbereich ist wenigstens ein drittes Schaltelement insperrendem Zustand. Beispielsweise ist das Zeitverhältnis aus der Dauer der Prüfphase zu Gesamtdauer des die Prüfphase beinhaltenden Messbetriebs weniger als 1/10.
In einer Ausgestaltung findet die Prüfphase ausschließlich über einen Zeitraum statt, innerhalb dessen eine händische Annäherung an das Lenkrad ausgeschlossen ist, beispielsweise im verriegelten, unbesetzten Zustand der Fahrzeugkabine. In einer anderen Ausgestaltung wird die Prüfphase ausschließlich dann durchgeführt, wenn in einem zeitlich vorhergehenden, sich außerhalb der Prüfphase befindlichen Messbetrieb keine Annäherung detektiert wurde. In einer Ausgestaltung wird die Prüfphase zu Beginn eines Messbetriebs durchgeführt. Bei der alternierenden Abfolge von Heizbetrieb und Messbetrieb kann vorgesehen sein, dass bei mehreren Messbetrieben wenigstens einer ohne Prüfphase, bevorzugt die Mehrzahl von Messbetrieben ohne Prüfphase durchgeführt werden.
Das Zuschalten umfasst beispielsweise, dass der Messkapazität eine Prüfimpedanz in Serie zugeschaltet wird. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die zur Prüfschaltung gehörige Prüfimpedanz während der Prüfphase der Messkapazität parallel zugeschaltet ist. Bevorzugt verbindet in der Prüfphase wenigstens ein drittes Schaltelement den Heizdraht über die Prüfimpedanz mit dem Referenzpotenzial elektrisch leitend. Die Prüfimpedanz ist bevorzugt durch einen Kondensator mit einer vorgegebenen Prüfkapazität ausgebildet. Noch bevorzugter ist die Prüfimpedanz durch die Parallelschaltung eines Kondensators mit einer vorgegebenen Prüfkapazität und eines ohmschen Widerstands ausgebildet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Prüfimpedanz durch Verändern eines oder mehrerer Schaltzustände der dritten Schaltelemente während der Prüfphase variiert wird.
Zur Vermeidung parasitärer Kapazitäten ist das dritte Schaltelement bevorzugt jeweils ein Bipolartransistor.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltungsaufbaus ist ferner eine Abschirmschaltung vorgesehen, die ausgebildet ist, während des Messbetriebs mindestens wenigstens einen der Leiterabschnitte zwischen jeweils dem ersten und zweiten Schaltelement mit der Wechselspannung der Wechselsparinungsquelle zu beaufschlagen. Hierbei soll mit der erneuten Verwendung des Begriffs Wechselspannung darauf abgestellt, dass die im Messbetrieb am Heizdraht anliegende Wechselspannung und die an den Leiterabschnitten anliegende Wechselspannung im Wesentlichen in Amplitude, Frequenz und Phase übereinstimmen, um eine optimale Abschirmung zu erreichen.
Es hat sich gezeigt, dass parasitäre Effekte der dritten Schaltelemente beim .Messbetrieb besser zu vermeiden sind, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein erster Anschluss wenigstens einer der die Prüfimpedanz ausbildenden Komponenten, beispielsweise des Kondensators, dauerhaft’ mit dem Heizdraht elektrisch verbunden ist und das dritte Schaltelemerit vorgesehen ist, um einen zweiten Anschluss der jeweiligen die Prüfimpedanz ausbilderiden Komponente ausschließlich in der Testphase selektiv mit dem Referenz potenzial zu beaufschlagen. Um aber die parasitären Effekte wenigstens einer nicht vom Heizdraht elektrisch zu trennenden Komponente der Prüfimpedanz zu vermeiden, ist die Abschirmschaltung in einer bevorzugten Ausgestaltung ausgelegt, den zweiten Anschluss zumindest im Messbetrieb, bevorzugt dauerhaft, mit der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle zu beaufschlagen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein viertes Schaltelement vorgesehen, welches den zweiten Anschluss ausschließlich im Messbetrieb mit dem Referenzpotenzial elektrisch verbindet, wodurch die die Abschirmschaltung bestreffende elektrische Lastverteilung zwischen Messbetrieb und Testphase angeglichen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest die ersten Schaltelemente durch Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, realisiert, wobei durch Auslegung derAbschirmschaltung die Wechselspannung im Messbetrieb jeweils an einem Steueranschluss des zugehörigen Transistors, wie Basis oder Gate, anliegt, um eine besonders effektive Abschirmung zu erreichen. Dabei ist die Wechselspannung und/oder sind die ersten Schaltelemente so ausgeiegt, dass ein Schaltvorgang der ersten Schaltelemente im Messbetrieb ausgeschlossen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird im Messbetrieb ein aus der Beaufschlagung mit der Wechselspannung resultierender Stromverlauf zwischen dem Heizdraht und der Wechselspannungsquelle durch die Detektionsschaltung gemessen, um daraus anhand einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung und dem Stromverlauf die Kapazität zu ermitteln.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein temperaturabhängiges Sperrverhaltens der ersten Schaltelemente bei derDetektion kompensiert, insbesondere wenn diese als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind und ein temperaturabhängiger Blindstrom nicht ganz unterbunden werden kann. Um dies zu kompensieren, ist die Detektionsschaltung um eine Kompensationsschaltung ergänzt, die den Arbeitspunkt des den Wechselstromverlauf messenden Messverstärkers temperaturabhängig und der Änderung des Sperrverhaltens entgegenwirkend ändert. Dazu weist die Kompensationsschaltung beispielsweise eine ein R2R-Netzwerk ausbildende, mikrocontrollergesteuerte Referenzschaltung auf. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf ein Lenkrad mit einem darin integrierten, zum erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau gehörigen Heizdraht; m
Fig. 2 eine schematische Ansicht des erfindurigsgemäßen
Schaltungsaufbaus in einer ersten Ausführungsform ;
Fig. 3 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen
Schaltungsaufbaus in einer zweiten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsaufbaus 1 in einem Lenkrad 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Ein Heizdraht 2, der beispielsweise ein Widerstandsdraht, wie ein Nickel-Chrom-Draht ist, ist in den Griffbereich 20, hier den Len kradkranz, des Lenkrads integriert, um einerseits den Griffbereich 20 für einen das Lenkrad 10 ergreifenden Fahrzeuginsassen B in einem Heizbetrieb des Schaltungsaüfbaus 1 zu beheizen und um andererseits eine kapazitive Berühr-bzw. Annäherungsdetektion betreffend die Berührung des Griffbereichs 20 oder Annäherung an den Griffbereich 20 durch die Hand des Fahrzeuginsassen B durchzuführen . Aus sicherheitstechnischen Überlegungen aber auch um zusätzliche Komfortfunktionen zu realisieren, ist diese kapazitive Berühr- oder zumindest eine Annäherungsdetektion vorgesehen, um beispielsweise die sogenannte Hands-On-Detektion durchzuführen, bei der es darum geht, das Ergreifen des Lenkradkranzes izu überwachen, oder die Fahrer-Beifahrer- Erkennung durchzuführen, bei der es beispielsweise darum geht, spezielle Komfortfunktionen sitzpositionsspezifisch zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Wie Figur 1 andeutet. Wird im Heizbetrieb der Heizdraht 2 mit einem Heizstrom aus den unterschiedlichen Heizpotenzialen VH+, VH- beaufschlagt, Beispielsweise liegt VH- auf Fahrzeugmassepotenzial. Im Messbetrieb wird der Heizdraht 2 durch den erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau 1 mit einer Wechselspannung VAC beaufschlagt. Figur 2 zeigt schematisch den elektrischen Schaltungsaufbau 1 für den alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetrieb unter Verwendung eines gemeinsamen Heizdrahtes 2 in einer ersten, erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dabei wird im Heizbetrieb der Heizdraht 2 mit einem aus zwei auf den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen VR+, VH- liegenden Polen gespeisten elektrischen Heizstrom durchsetzt, wobei an dem Heizdraht 2 eine Heizspannung abfallt. Der Schaltüngsaüfbäu 1 weist dazu ein Paar erster Schaltelemente 3a, 3b und ein Paar zweiter Schaltelemente 4a, 4b auf. Hier sinddie ersten Schaltelemente 3 a, 3b jeweils durch einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor, bevorzugt einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS»FET) ausgebildet. Die zweiten Schaltelemente 4a, 4 b sind beispielsweise ebenfalls jeweils durch einen Transistor, bevorzugter jeweils durch einen Feldeffekttransistor, meist bevorzugt einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) realisiert. Der Heizdraht 2 ist dabei so mit den ersten Schaltelementen 3 a, 3b und den zweiten Schaltelementen 4a, 4b verschaltet, dass in dem Heizbetrieb, während dem die ersten Schaltelemente 3a, 3b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b, somit zeitgleich, in leitendem Zustand sind, die ersten Schaltelemente 3a, 3b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b und der Heizdraht 2 in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Heizdraht 2 jeweils über ein erstes Schaltelement 3a, 3 b und ein über einen Leiterabschnitt 5a, 5b mit dem ersten Schaltelement 3a, 3b verbundenes, zweites Schaltelement 4a, 4b mit einem der zwei unterschiedlichen Heizpotenziale VH+, VH- teitend verbunden. Dadurch, dass im Heizbetrieb die ersten Schaltelemente 3a, 3b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b durchgeschaltet (leitend) sind, wird der Heizdraht 2 mit dem Heizstrom durchsetzt. Ist mindestens ein Schaltelement der ersten Schaltelemente 3a, 3b und zweiten Schaltelemente 4a, 4b im nicht- leitenden bzw. sperrenden Zustand liegt kein Heizstrom an. Durch periodisches Umschalten und Verändern der Dauer des jeweiligen Heizbetriebs, beispielsweise durch Ansteuerung wenigstens eines oder aller Schaltelemente 3a, 3b; 4 a, 4b mittels eines pulsweitenmodulierten Steuersignals PWMa bzw. PWMb eines zur Steuerschaltung 6a, 6b, 13 gehörigen Mikrocontrollers 13, der die den Schaltelementen 3a, 3b; 4a, 4b zugeordnete Steuerschaltungsteile 6a, 6b der Steuerschaltung 6a, 6b, 13 ansteuert, kann somit die Heizleistung des Heizdrahtes 2 eingestellt werden. Während des Heizbetriebs ist das zur nachfolgend eingehend erläuterten Prüfschaltung 14, 15 gehörige dritte Schaltelement rl4 in den sperrenden Zustand geschaltet.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Detektionsschaltung 9 vorgesehen, um in einem zeitlich außerhalb des Heizbetriebs liegenden Messbetrieb, die Messkapazität des Heizdrahts 2 gegenüber einem Referenzpotenzial 16, wie der Fahrzeugmasse, durch Beaufschlagung des Heizdrahtes 2 mit einer Wechselspanriung VAC einer Wechselspannungsquelle 12, hier ein durch den Mikrocontroller 13 gesteuerten Sinusgenerator, zu ermitteln. Anhand einer Änderung dieser Kapazität lässt sich beispielsweise eine Annäherung eines Fahrzeuginsassen B oder zumindest die Annäherung einer Hand des Fahrzeuginsassen B detektieren. Dabei ist; die; Detektionsschaltung 9 ausgelegt, im Messbetrieb einen aus der Beaufschlagung mit der Wechselspanriurig VAC resultierenden Stromverlauf zwischen dem Heizdraht 2 und der Wechselspannungsquelle 12 zu messen, um daraus anhand einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung VAC und dem Stromverlauf die Kapazität zu ermitteln. Im Detail wird der Strömverlauf anhand eines Spannungsabfalls an einem Nebenschlusswiderstand 8 (shunt) unter Signalverstärkung durch einen Messverstärker der Detektionsschaltung gemessen, dessen Messergebnis dem Mikrocontroller 13 übermittelt wird.
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Der Wechsel vom Heizbetrieb in den Messbetrieb wird durch den Mikrocontroller 13 in Zusammenwirken mit den Steuerschaitungsteilen 6a, 6b bewirkt, so dass im Messbetrieb die ersten Schaltelemente 3a, 3 b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b in sperrendem Zustand sind, so dass die beiden im Heizbetrieb elektrisch leitenden Verbindungen des Heizdrahts 2 zu den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen VH+, VH- im Messbetrieb jeweils mehrfach unterbrochen sind.
Die mehrfache Unterbrechung zu den beiden Heizpotenzialen VH+, VH- hat den Vorteil, dass neben der besonders effektiven, kapazitiven Entkopplung des Heizdrahtes 2 gegenüber den Heizpotenzialen VH+, VH- und der Verminderung der parasitären Kapazitäten auf der mehrfach unterbrochenen Verbindung zu den Heizpotenzialen VH+, VH-, bei der nunmehr die Schaltelemente 3 a, 3 b; 4 a, 4b als in Reihe geschaltete kapazitive Impedanzen zu betrachten sind, ferner eine eine Wechselspannurig VAC zur Detektion nutzende Detektionsschaltung 9 verbessert genutzt werden kann, da die ersten Schaltelemente 3a, 3b, beispielsweise anders als die nicht symmetrisch geschalteten Dioden im Stand der Technik, symmetrisch trennen und sich diese Trennung auf beide Stromrichtungen des im Messbetriebgenerierten Wechselstroms auswirkt, was die Ermittlung der Kapazität mittels Wechseispannung VAC aber insbesondere den bevorzugten Weg über die Detektion der Phasenverschiebung erleichtert und verbessert. Durch die Ansteuerung mittels der pulsweitenmodulierten Steuersignale PWMa bzw. PWMb der Steuerschaltungsteile 6a, 6b durch den Mikrocontroller 13 1st der Schaltungsaufbau 1 ausgelegt, dass der Heizbetrieb und Messbetrieb im alternierenden Wechsel betrieben wird. Der Mikrocontroller 13 regelt dabei den Tastgrad der pulsweitenmodulierten Steuersignale PWMa bzw. PWMb in Abhängigkeit einer gewünschten und/oder vorgegebenen Heizleistung. Bei dem gezeigten erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau 1 ist ferner eine Abschirmschaltung 7 vorgesehen, die ausgebildet ist, während des Messbetriebs nicht nur die Leiterabschnitt 5a, 5b zwischen jeweils dem ersten Schaltelement 3 a, 3b und dem zweiten Schaltelement 4a, 4b sondern auch die Steueranschlüsse Ga, Gb der ersten Schaltelemente 3a, 3b mit der Wechselspannung VAC der Wechselspannungsquelle 12 zu beaufschlagen. Hierbei wird mit der Verwendung des Begriffs Wechselspannung darauf abgestellt, dass die im Messbetrieb am Heizdraht 2 anliegende Wechselspannung VAC und die an den Leiterabschnitten 5a, 5b anliegende Wechselspannung VAC im Wesentlichen in Amplitude, Frequenz und Phase übereinstimmen, um eine optimale Abschirmung zu erreichen.
Die Detektionsschaltung 9 ist zur Kompensation eines temperaturabhängigen Sperrverhaltens der ersten Schaltelemente 3a, 3b durch eine Kompensationsschaltung 11 ergänzt, um einen temperaturabhängigen Blindstrom bzw. ein temperaturabhängiges Sperrverhalten dieser ersten Schaltelemente 3a, 3b zu kompensieren. Hier ist die Kompensationsschaltung 11 vorgesehen und ausgebildet, den Arbeitspunkt des den Wechselstromverlauf messenden Messverstärkers der Detektionsschaltung 9 temperaturabhängig, der Änderung des Sperrverhaltens entgegenwirkend zu ändern. Dazu weist die Kompensationsschaltung beispielsweise eine ein R2R-Netzwerk ausbildende Referenzschaltung auf, die mit dem Mikrocontroller 13 zur Steuerung der Kompensation verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Steuerschaltung 6a, 6b 13 ferner ausgebildet, in einer innerhalb des Messbetriebs liegenden Prüfphase eine ein drittes Schaltelement 14 und eine Prüfimpedanz 15 beinhaltende Prüfschaltung 14, 15 so zu schalten, dass der Messkapazität die Prüfimpedanz 15 zugeschaltet wird, und eine zugehörige Messkapazitätsänderung und/oder eine Gesamtimpedanz aus der Messkapazität und Prüfirnpedanz durch die Detektionsschaltung 9 zumindest detektiert wird. Beispielsweise wird eine durch die Zuschaltung der Prüfimpedanz 15 bewirkte Änderung der Messkapazität lediglich qualitativ detektiert. In einer anderen Ausgestaltung ist eine quantitative Messung der resultierenden Gesamtimpedanz aus Messkapazität und Prüfimpedanz 15 vorgesehen, um eine Kalibrierung der Detektionsschaltung mittels der vorgegebenen Prüfimpedanz zu ermöglichen. In einer einfachen Ausgestaltung wird lediglich hinsichtlich zeitlicher Koinzidenz zwischen Messkapazitätsänderung und Schaltzustandsänderung untersucht. Durch das Vorsehen der Prüfphase und den zugehörigen konstruktiven Merkmalen ist es möglich, durch vergleichsweise einfache technische konstruktive Erweiterung einer Heiz- und Messschaltung einerseits die Unversehrtheit des Heizdrahtes 2 aber auch die Detektionsschaltung 9 auf Funktion zu überprüfen und bei quantitativer Untersuchung, beispielsweise durch Ermitteln der Messkapazitätsänderung oder der in der Prüfphase resultierenden Gesamtimpedanz eine Kalibrierung der Detektionsschaltung 9 oder nachgeschalteter Auswerteinrichtungen durchzuf ühren. Bevorzugt ist die Dauer der Prüfphase kürzer als die Dauer eines zwischen zwei abfolgenden Heizbetrieben durchgeführten Messbetriebs. In dem außerhalb der Prüfphase liegenden Zeitbereich des Messbetrieb ist zumindest das dritte Schaltelement 14 in sperrendem Zustand. Um den Heizdraht 2 über seine gesamte Länge überprüfen zu können, erfolgt dabei die Einspeisung der Wechselspannung VAC an einem Ende des Heizdrahtes/ 2, während die Prüfimpedanz 15 am entgegengesetzten Ende des Heizdrahtes 2 zugeschaltet wird, so dass die zur Prüfschaltung 14, 15 gehörige Prüfimpedanz 15 in der Prüfphase der Messkapazität parallel zugeschaltet ist. Hier verbindet in der Prüfphase das dritte Schaltelement 14 den Heizdraht 2 über die Prüfimpedanz 15 mit dem Referenzpotenzial 16 elektrisch leitend. Dabei ist die Prüfimpedanz 15 ein Kondensator mit einer vorgegebenen Prüfkapazität. Zur Vermeidung parasitärer Kapazitäten ist das dritte Schaltelement 14 ein Bipolartransistor. Beispielsweise beträgt das Zeitverhältnis aus der Dauer der Prüfphase zu Gesamtdauer des die Prüfphase beinhaltenden Messbetriebs weniger als 1/10. Die zeitliche Abfolge von Heizbetrieb und Messbetrieb ist nicht näher dargestellt In einer Ausgestaltung findet die Prüfphase ausschließlich über einen Zeitraum statt, innerhalb dessen eine händische Annäherung an das Lenkrad ausgeschlossen ist, beispielsweise im verriegelten, unbesetzten Zustand der Fahrzeugkabine. In einer anderen Ausgestaltung wird die Prüfphase ausschließlich dann durch geführt, wenn in einem zeitlich vorhergehenden, sich außerhalb der Prüfphase befindlichen Messbetrieb keine Annäherung delektiert wurde. In einer Ausgestaltung wird die Prüfphase zu Beginn eines Messbetriebs durchgeführt. Bei der alternierenden Abfolge von Heizbetrieb und Messbetrieb kann vorgesehen sein, dass bei mehreren Messbetrieben wenigstens einer ohne Prüfphase, bevorzugt die Mehrzahl von Messbetrieben ohne Prüfphase durchgeführt werden.
Figur 3 zeigt schematisch den elektrischen Schaltungsaufbau 1 für den alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetrieb unter Verwendung eines gemeinsamen Heizdrahtes 2 in einer zweien, erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dabei wird wie bei der ersten Ausführungsform im Heizbetrieb der Heizdraht 2 mit einem aus zwei auf den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen VH+, VH- liegenden Polen gespeisten elektrischen Heizstrom durchsetzt, wobei an dem Heizdraht 2 eine Heizspannung abfällt. Der Schaltungsaufbau 1 weist dazu ein Paar erster Schaltelemente 3a, 3b und ein Paar zweiter Schaltelemente 4a, 4 b auf. Auch hier sind die ersten Schaltelemente 3a, 3b jeweils durch einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen selbstsperrehden Feldeffekttransistor, bevorzugt einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) ausgebildet. Die zweiten Schaltelemente 4a, 4b sind beispielsweise ebenfalls jeweils durch einen Transistor, bevorzugter jeweils durch einen Feldeffekttransistor, meist bevorzugt einen Metalloxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (MOS-FET) realisiert. Der Heizdraht 2 ist dabei so mit den ersten Schaltelementen 3a, 3b und den zweiten Schaltelementen 4a, 4b verschaltet, dass in dem Heizbetrieb, während dem die ersten Schaltelemente 3a, 3b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b, somit zeitgleich, in leitendem Zustand sind, die ersten Schaltelemente 3a, 3b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b und der Heizdraht 2 in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Heizdraht 2 jeweils über ein erstes Schaltelement 3a, 3b und ein über einen Leiterabschnitt 5a, 5b mit dem ersten Schaltelement 3 a, 3b verbundenes, zweites Schaltelement 4a, 4b mit einem der zwei unterschiedlichen Heizpotenziale VH+, VH- leitend verbunden. Dadurch, dass im Heizbetrieb die ersten Schaltelemente 3a, 3b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b durchgeschaltet (leitend) sind, wird der Heizdraht 2 mit dem Heizstrom durchsetzt. Ist mindestens ein Schaltelement der ersten Schaltelemente 3a, 3b und zweiten Schaltelemente 4a, 4b im nicht-leitenden, bzw. sperrenden Zustand liegt kein Heizstrom an. Durch periodisches Umschalten und Verändern der Dauer des jeweiligen Heizbetriebs, beispielsweise durch Ansteuerung wenigstens eines oder aller Schaltelemente 3a, 3b; 4 a, 4b mitels eines pulsweitenmodulierten Steuersignals PWMa bzw. PWMb eines zur Steuerschaltung 6a, 6b, 13 gehörigen Mikrocontrollers 13, der die den Schaltelementen 3a, 3 b; 4a, 4b zugeordnete Steuerschaltungsteile 6a, 6b der Steuerschaltung 6 a, 6b, 13 ansteuert, kann somit die Heizleistung des Heizdrahtes 2 eingestellt werden. Während des Heizbetriebs sind die zur nachfolgend eingehend erläuterten Prüfschaltung 14.1, 14.2; 15 gehörigen, dritten Schaltelemente 14.1, 14.2 in den sperrenden Zustand geschaltet.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Detektionsschaltung 9 vorgesehen, um in einem zeitlich außerhalb des Heizbetriebs liegenden Messbetrieb, die Messkapazität des Heizdrahts 2 gegenüber einem Referenzpotenzial 16, wie der Fahrzeugmasse, durch Beaufschlagung des Heizdrahtes 2 mit einer Wechselspannung VAC einer Wechselspahnungsquelle 12, hier ein durch den Mikrocontroller 13 gesteuerten Sinusgenerator, zu ermitteln. Anhand einer Änderung dieser Kapazität lässt sich beispielsweise eine Annäherung eines Fahrzeuginsassen B oder zumindest die Annäherung einer Hand des Fahrzeuginsassen B detektieren. Dabei ist die Detektionsschaltung 9 ausgelegt, im Messbetrieb einen aus der Beaufschlagung mit der Wechseispannung VAC resultierenden Stromverlauf zwischen dem Heizdraht 2 und der Wechselspannungsquelle 12 zu messen, um daraus anhand einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung VAC und dem Stromverlauf die Kapazität zu ermitteln. Im Detail wird der Stromverlauf anhand eines Spannungsabfalls an einem Nebenschlusswiderstand 8 (shunt) unter Signalverstärkung durch einen Messverstärker der Detektionsschaltung 9 gemessen, dessen Messergebnis dem Mikrocontroller 13 übermittelt wird.
Der Wechsel vom Heizbetrieb in den Messbetrieb wird durch den Mikrocontroller 13 in Zusammenwirken mit den Steuerschaltungsteilen 6a, 6b bewirkt, so dass im Messbetrieb die ersten Schaltelemente 3a, 3b und die zweiten Schaltelemente 4a, 4b in sperrendem Zustand sind, so dass die beiden im Heizbetrieb elektrisch leitenden Verbindungen des Heizdrahts 2 zu den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen VH+, VH- im Messbetrieb jeweils mehrfach unterbrochen sind.
Die mehrfache Unterbrechung zu den beiden Heizpotenzialen VH+, VH- hat den Vorteil, dass neben der besonders effektiven, kapazitiven Entkopplung des Heizdrahtes 2 gegenüber den Heizpotenzialen VH+, VH- und der Verminderung der parasitären Kapazitäten auf der mehrfach unterbrochenen Verbindung zu den Heizpotenzialen VH+, VH-, bei der nunmehr die Schaltelemente 3a, 3b; 4a, 4b als in Reihe geschaltete kapazitive Impedanzen zu betrachten sind, ferner eine eine Wechselspannung VAC zur Detektion nutzende Detektionsschaltung 9 verbessert genutzt werden kann, da die ersten Schaltelemente 3a, 3b, beispielsweise anders als die nicht symmetrisch geschalteten Dioden im Stand der Technik, symmetrisch trennen und sich diese Trennung auf beide Stromrichtungen des im Messbetrieb generierten Wechselstroms auswirkt, was die Ermittlung der Kapazität mitels Wechselspannung VAC aber insbesondere den bevorzugten Weg über die Detektion der Phasenverschiebung erleichtert und verbessert. Durch die Ansteuerung mittels der pulsweitenmodulierten Steuersignale PWMa bzw, PWMb der Steuerschaltungsteile 6a, 6b durch- den Mikrocontroller 13 ist der Schaltungsaufbau 1 ausgelegt, dass der Heizbetrieb und Messbetrieb im alternierenden Wechsel betrieben werden. Der Mikrocontroller 13 regelt dabei den Tastgrad der pulsweitenmodulierten- Steuersignale PWMa bzw, PWMb in Abhängigkeit einer gewünschten und/oder vorgegebenen Heizleistung,
Bei dem gezeigten erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau 1 ist ferner eine Abschirmschaltüng 7 vorgesehen, die ausgebildet ist, während des Messbetriebs nicht nur die Leiterabschnitt 5a, 5b zwischen jeweils dem ersten Schaltelement 3 a, 3b und- dem zweiten Schaltelement 4a, 4b sondern auch die Steueranschlüsse Ga, Gb der ersten Schaltelemente 3a, 3b mit der Wechselspannung VAC -der Wechselspannungsquelle 12 zu beaufschlagen. Hierbei wird mit der Verwendung des Begriffs Wechselspannung darauf abgestellt, dass die im Messbetrieb am Heizdraht 2 anliegende Wechselspannung VAC und die an den Leiterabschnitten 5a, 5b anliegende Wechselspannung VAC im Wesentlichen in Amplitude, Frequenz und Phase übereinstimmen, um eine optimale Abschirmung zu erreichen. In bestimmten Anwendungsbereichen kann vorgesehen sein, dass lediglich einer der Leiterabschnitte 5a, 5b und lediglich einer der Steueranschlüsse Ga, Gb mit der Wechselspannung VAC der Wechselspannungsquelle 12 beaufschlagt wird.
Im Unterschied zu Figur 2, ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 das dritte Schaltelement 14.1, 14,2 nicht zwischen dem Heizdraht 2 und der die Prüfimpedanz bildenden Komponente, beispielsweise dem Kondensator C1, verschaltet, sondern zwischen der jeweiligen Komponente und dem Referenzpotential 16. Es hat sich nämlich gezeigt, dass parasitäre Effekte der dritten Schaltelemente in der Verschaltung gemäß Figur 2 nicht zu vermeiden sind.
Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist ein erster Anschluss beider der die Prüfimpedanz ausbildenden Komponenten, des ohmschen Widerstands R1 und des Kondensators C1, dauerhaft mit dem Heizdraht 2 elektrisch verbunden. Das jeweilige dritte Schaltelement 14.1 bzw. 14.2 ist vorgesehen, einen zweiten Anschluss der jeweiligen die Prüfimpedanz ausbildenden Komponente C1 bzw. R1 ausschließlich in der Testphase selektiv mit dem Referenzpotenzial 16 zu beaufschlagen. Um aber die parasitären Effekte wenigstens einer nicht vom Heizdraht 2 elektrisch zu trennenden Komponente der Prüfimpedanz, hier C1 zu vermeiden, ist die Abschirmschaltung 7 in der gezeigten Ausgestaltung ausgelegt, den zweiten Anschluss zumindest im Messbetrieb, bevorzugt dauerhaft, mit der Wechselspannung VAC der Wechselspannungsquelle 12 über den Widerstand R2 zu beaufschlagen. Dadurch wird der Kondensator C1 „neutralisiert" und wirkt nicht parasitär. Um als kapazitive Prüfimpedanz 15 am Heizdraht 2 zu fungieren, wird der Kondensator C1 mit dem Schließen des Schalters 14,2 „aktiviert". Da dieser Vorgang einen Lastwechsel an der aktiven Abschirmschaltung 7 darstellt, der unbedingt vermieden werden sollte, ist als Lastkompensation der Widerstand R3 hinzugefügt in einem selektiv mittels eines vierten Schaltelements 17 schaltbaren Strompfad vorgesehen, wobei der Widerstandswert R3 = R2 ist. Ausschließlich während der Prüfphase wird dieser mittels geöffnetem vierten Schalter 17 als Lastkompensation deaktiviert . Die durch den Mikrocontroller 13 einstellbaren Schaltzustände der dritten Schalter 14.1, 14.2 bestimmen somit die elektrischen Eigenschaften der Prüfimpedanz 15 in der Prüfphase. Bei ausschließlich geschlossenem dritten Schalter 14.1 liegt eine primär durch den Widerstand R1 bestimmte ohmsche Prüfimpedanz 15 vor, während bei ausschließlich geschlossenem Schalter 14.2 eine primär durch den Kondensator C1 bestimmte, kapazitive Prüfimpedanz vorliegt. Die Schaltzustände der dritten Schalter 14.1 und 14.2 bestimmen die Prüfimpedanz in Real- und Imaginärteil und beeinflussen die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in der Prüfphase. Durch Auswertung der Phasenverschiebung kann erstens auf die Fünktiohsfähigkeit von Signalquelle und Detektionsschaltung 9 geschlossen werden und zweitens auf die Unversehrtheit des Heizdrahtes 2 geschlossen werden .
Durch das Vorsehen der Prüfphase und den zugehörigen konstruktiven Merkmalen ist es möglich, durch vergleichsweise einfache technische konstruktive Erweiterung einer Heiz- und Messschaltung einerseits die Unversehrtheit des Heizdrahtes 2 aber auch die Detektionsschaltung 9 auf Funktion zu überprüfen und durch Ermitteln der Messkapazitätsänderung oder der in der Prüfphase resultierenden Gesamtimpedanz eine Kalibrierung der Detektionsschaltung 9 oder nachgeschalteter Auswerteinrichtungen durchzuführen. Bevorzugt ist die Dauer der Prüfphase kürzer als die Dauer eines zwischen zwei abfolgenden Heizbetrieben durchgeführten Messbetriebs. In dem außerhalb der Prüfphase liegenden Zeitbereich des Messbetrieb ist zumindest eines der dritten Schaltelemente 14.1, 14.2 in sperrendem Zustand. Um den Heizdraht 2 über seine gesamte Länge überprüfen zu können, erfolgt dabei die Einspeisung der Wechselspannung VAC aneinem Ende des Heizdrahtes 2, während die Prüfimpedanz 15 am entgegengesetzten Ende des Heizdrahtes 2 zugeschaltet wird, so dass die zur Prüfschaltung 14, 15 gehörige Prüfimpedanz 15 in der Prüfphase der Messkapazität parallel Zugeschaltet ist. Hier verbindet in der Prüfphase wenigstens eines der dritten Schaltelemente 14.1 14.2 den Heizdraht 2 über wenigstens eine Komponente der die Prüfimpedanz 15 bildenden Komponenten mit dem Referenzpotenzial 16 elektrisch leitend. Beispielsweise beträgt das Zeitverhältnis aus der Dauer der Prüfphase zu Gesamtdauer des die Prüfphase beinhaltenden Messbetriebs weniger als 1/10.
Die zeitliche Abfolge von Heizbetrieb und Messbetrieb ist nicht näher dargestellt. In einer Ausgestaltung findet die Prüfphase ausschließlich über einen Zeitraum statt, innerhalb dessen eine händische Annäherung an das Lenkrad ausgeschlossen ist, beispielsweise im verriegelten, unbesetzten Zustand der Fahrzeugkabine. In einer anderen Ausgestaltung wird die Prüfphase ausschließlich dann durchgeführt, wenn in einem zeitlich vorhergehenden, sich außerhalb der Prüfphase befindlichen Messbetrieb keine Annäherung detektiert wurde. In einer Ausgestaltung wird die Prüfphase zu Beginn eines Messbetriebs durchgeführt. Bei der alternierenden Abfolge von Heizbetrieb und Messbetrieb kann vorgesehen sein, dass bei mehreren Messbetrieben wenigstens einer ohne Prüfphase, bevorzugt die Mehrzahl von Messbetrieben ohne Prüfphase durchgeführt werden. Die Detektionsschaltung 9 ist ferner zur Kompensation eines temperaturabhängigen Sperrverhalteris der ersten Schaltelemente 3a, 3b durch eine
Kompensationsschaltung 11 ergänzt, um einen temperaturabhängigen Blindstrom bzw. ein temperaturabhängiges Sperrverhalten dieser ersten Schaltelemente 3 a, 3b zu kompensieren; Hier ist die Kompensationsschaltung 11 vorgesehen und ausgebildet, den Arbeitspunkt des den Wechselstrom verlauf messenden Messverstärkers der Detektionsschaltung 9 temperaturabhängig, der Änderung des Sperrverhaltens entgegenwirkend zu ändern. Dazu weist die Kompensationsschaltung beispielsweise eine ein R2R-Netzwerk ausbildende Refererizschaltung auf, die mit dem Mikrocontroller 13 zur Steuerung der
Kompensation verbunden ist,

Claims

Ansprüche:
1. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) für einen alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetrieb, aufweisend : ein Paar erster Schaltelemente (3a, 3b) und ein Paar zweiter Schaltelemente (4a, 4b); einen Heizdraht (2), der so mit den ersten Schaltelementen (3 a, 3 b) und zweiten Schaltelementen (4a, 4b) verschaltet ist, dass in einem Heizbetrieb, wahrend dem die ersten Schaltelemente (3a, 3b) und zweiten Schaltelemente (4a, 4b) in leitendem Zustand sind, die ersten Schaltelemente (3a, 3b) und die zweiten Schaltelemente (4a, 4b) und der Heizdraht (2) in Reihe geschaltet sind und der Heizdraht (3) jeweils über eines der ersten Schaltelemente (3 a, 3b) und eines der zweiten, über einen Leiterabschnitt (5a, 5 b) mit dem ersten Schaltelement (3a, 3b) verbundenes Schaltelement (4a, 4b) mit einem von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen (VH+, VH-) leitend verbunden ist, so dass der Heizdraht (2) mit einem Heizstrom beaufschlagt wird; eine Detektionsschaltung (9), um in einem zeitlich außerhalb des Heizbetriebs liegenden Messbetrieb, die Messkapazität des Heizdrahts (2) gegenüber einem Referenzpotenzial (16) durch Beaufschlagung des Heizdrahtes mit einer Wechselspannung ( VAC) einer Wechselspannungsquelle (12) zu ermitteln; eine Prüfschaltung (14; 14.1, 14.2; 15), aufweisend mindestens ein drittes Schaltelement (14; 14,1, 14.2) und eine Prüfimpedanz (15); eine Steuerschaltung (6a, 6b, 13), die ausgebildet ist, die ersten Schaltelemente (3a, 3b) und zweiten Schaltelemente (4a, 4b) von dem Heizbetrieb in den Messbetrieb zu schalten, wobei während des Messbetriebs die ersten Schaltelemente (3a, 3b) und die zweiten Schaltelemente (4a, 4b) in sperrendem Zustand sind, so dass die beiden, im Heizbetrieb elektrisch leitenden Verbindungen des Heizdrahts (2) zu den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen (VH+, VH-) im Messbetrieb jeweils mehrfach unterbrochen sind und die Steuerschaltung (6 a, 6b, 13) ferner ausgebildet ist, in einer innerhalb des Messbetriebs liegenden Prüfphase die Prüfschaltung (14; 14.1, 14.2; 15) so zu schalten, dass der Messkapazität die Prüfimpedanz (15) zugeschaltet wird, und eine zugehörige Messkapazitätsänderung und/oder eine Gesamtimpedanz aus der Messkapazität und der Prüfimpedanz (15) durch die Detektionsschaltung (9) zumindest detektiert wird. 2. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Prüfimpedanz (15) in der Prüfphase der Messkapazität parallel zugeschaltet ist. 3. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine, dritte Schaltelement (14; 14.1, 14.2) vorgesehen ist, den Heizdraht (2) über die Prüfimpedanz (15) mit dem Referenzpotenzial (16) elektrisch leitend zu verbinden. 4. Elektrischer Schaltuhgsaüfbau (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfimpedanz (15) durch einen Kondensator (C1) mit einer vorgegebenen Prüfkapazität ausgebildet ist. 5. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfimpedanz (15) durch die Parallelschaltung eines Kondensators (C1) mit einer vorgegebeneh Prüfkapazität und eines ohmschen Widerstands (R1) ausgebildet ist. 6. Elektrischer Schaltungsäufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Prüfimpedanz (15) durch Verändern eines oder mehrerer Schaltzustände der dritten Schaltelemente (14.1, 14,2) während der Ptüfphase variiert wird, 7. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dritte Schaltelement (14; 14.1. 14.2) jeweils ein Bipolartransistor ist. 8. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Abschirmschaltung (7), die ausgebildet ist, während des Messbetriebs mindestens eines der Leiterabschnitte (5a, 5b) mit der Wechselspannung (VAC) der Wechselspannungsquelle (12) zu beaufschlagen. 9. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Anschluss wenigstens einer der die Prüfimpedanz (15) ausbildenden Komponenten dauerhaft mit dem Heizdraht (2) elektrisch verbunden ist und das dritte Schaltelement (14.1, 14.2) vorgesehen ist, um einen zweiten Anschluss der jeweiligen die Prüfimpedanz (15) ausbildenden Komponente ausschließlich in der Testphase selektiv mit dem Referenzpotenzial (15) zu beaufschlagen. Elektrischer Schaltungsaufbau gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Abschirmschaltung (7) ausgebildet ist, den zweiten Anschluss wenigstens einer der die Prüfimpedanz (15) ausbildenden Komponenten mit der Wechselspannung (VAC) der Wechselspannungsquelle (12) zu beaufschlagen. Elektrischer Schaltungsaufbau gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei ferner ein viertes Schaltelement (17) vorgesehen ist, welches den zweiten Anschluss ausschließlich während der Prüfphase von dem Referenzpotenzial (16) elektrisch trennt. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche 8 bis 11, wobei zumindest die ersten Schaltelemente (3a, 3b) Transistoren, insbesondere Feldeffektransistoren, sind, und die Abschirmschaltung (7) ausgebildet ist, dass die Wechselspannung (VAC) im Messbetrieb jeweils an einem Steueranschluss (Ga, Gb) des zugehörigen Transistors, wie Basis oder Gate, anliegt. . , Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Detektionsschaltung (9) ausgeiegt ist, im Messbetrieb einen aus der Beaufschlagung mit der Wechselspannung (VAC) resultierenden Stromverlauf zwischen dem Heizdraht (2) und der Wechselspannungsquelle (12) zu messen, um daraus anhand einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung (VAC) und dem Stromverlauf die Messkapazität zu ermitteln und in der Prüfphase die Messkapazitätsänderung zu detektieren und/oder die Gesamtimpedanz zu ermitteln. Elektrischer Schaltungsaufbau (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Wobei die Detektionsschaltung (9) um eine Kompensationsschaltung (11) zur Kompensation eines temperaturabhängigen Sperrverhaltens der ersteh Schaltelemente (3a, 3 b) ergänzt ist. 15. Verwendung eines Schaltungsaufbaus (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug, wobei der Heizdraht (2) in ein Lenkrad (10) des Kraftfahrzeugs integriert ist. 16. Verfahren zur Durchführung eines alternierenden Heiz- und kapazitiven Messbetriebs mittels eines gemeinsamen Heizdrahts (2), aufweisend die folgenden Schritte:
Durchführen eines Heizbetriebs, während dem durch Beschaltung durch eine Steuerschaltung (6a, 6b, 13) ein Paar erster Schaltelemente (3a, 3b) und ein Paar zweiter Schaltelemente; (4 a, 4b) in leitendem Zustand sind, die ersten Schaltelemente (3 a, 3 b) und die zweiten Schaltelemente (4 a, 4b) und der Heizdraht (2) in Reihe geschaltet sind und der Heizdraht (2) jeweils über ein erstes Schaltelement (3a, 3b) und ein über einen Leiterabschnitt (5a, 5 b) mit dem ersten Schaltelement (3a, 3b) verbundenes, zweites Schaltelement (4 a, 4 b) mit einem; von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen (VH+, VH-) leitend verbunden ist, so dass der Heizdraht (2) mit einem Heizstrom beaufschlagt wird;
Auslösen eines Wechsels von dem Heizbetrieb in einen Messbetrieb der ersten Schaltelemente (3a, 3b) und der zweiten Schaltelemente (4a, 4b) durch die Steuerschaltung (6a, 6b), wobei während des Messbetriebs die ersten Schaltelemente (3a, 3 b) und die zweiten Schaltelemente (4a, 4b) in sperrendem Zustand sind, so dass; die beiden, im Heizbetrieb elektrisch leitenden Verbindungen des Heizdrahts (2) zu den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen (VH+, VH-) im Messbetrieb jeweils mehrfach unterbrochen sind;
Durchführen des Messbetriebs, bei dem die Messkapazität des Heizdrahts (2) gegenüber einem; Referenzpotenzial (16) durch Beaufschlagung des Heizdrahtes (2) mit einer Wechselspannung (VAC) einer Wechselspannungsquelle (12) durch eine Detektionsschaltung (9) ermittelt wird;
Durchführen einer zeitlich innerhalb des Messbetriebs liegenden Prüfphase, während der mittels einer mindestens ein drittes Schaltelement (14; 14.1,
14.2) und eine Prüfimpedanz (15) beinhaltenden Prüfschaltung (14; 14.1, 14.2; 15), die Prüfschaltung (14; 14.1, 14.2; 15) durch die Steuerschaltung (6a, 6b, 13) so geschaltet wird, dass der Messkapazität eine Prüfimpedanz (15) zu geschaltet wird und eine zugehörige Messkapazitätsänderung und/oder eine Gesamtimpedanz aus der Messkapazität und Prüfimpedanz (15 ) durch die Detektionsschaltung (9) zumindest detektiert wird. 17. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Prüfimpedanz
(15) in der Prüfphase der Messkapazität parallel zugeschaltet wird, 18. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 oder 17, wobei in der Prüfphase das wenigstens eine, dritte Schaltelement (14; 14.1, 14.2) den Heizdraht (2) über die Prüfimpedanz (15) mit dem Referenzpotenzial
(16) elektrisch leitend verbunden wird. 19. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei die Prüfimpedanz (15) durch einen Kondensator (C1) mit einer Vorgegebenen Prüfkapazität ausgebildet ist. 20. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 19, wobei die Prüfimpedanz (15) durch die Parallelschaltung eines Kondensators (C1) mit einer vorgegebenen Prüfkapazität und eines ohmschen Widerstands (R1) ausgebildet ist, 21. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 20, wobei die Prüfimpedanz (15) durch Verändern eines oder mehrerer Schaltzustände der dritten Schaltelemente (14.1, 14.2) während der Prüfphase variiert wird. 22. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 21, wobei das dritte Schaltelement (14; 14.1, 14.2) jeweils ein Bipolartransistor ist. 23. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 22, wobei während des Messbetriebs wenigstens einer der Leiterabschnitte5a, 5 b) durch eine Abschirmschaltung (7) mit der Wechselspannung (VAC) der Wechselspannungsquelle (12) beaufschlagt werden. 24. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein erster Anschluss wenigstens einer der die Prüfimpedanz (15) ausbildenden Komponenten dauerhaft mit dem Heizdraht (2) elektrisch verbunden ist und das dritte Schaltelement (14.1, 14.2) vorgesehen ist, um einen zweiten Anschluss der jeweiligen die Prüfimpedanz (15) ausbildendeh Kömponente ausschließlich in der Testphase selektiv mit dem Referenzpotenzial (15) zu beaufschlagen.
25.Verfahren gemäß dem vörh ergehen den Anspruch, wobei die
Abschirmschaltung (7) ausgebildet ist, den zweiten Anschluss wenigstens einer der die Prüfimpedanz (15) ausbildenden Komponenten mit der Wechselspannung (VAC) der Wechselspannungsquelle (12) zu beaufschlagen,
26. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei ferner ein viertes Schaltelement (17) vorgesehen ist, welches den zweiten Anschluss ausschließlich während der Prüfphase von dem Referenzpotenzial (16) elektrisch trennt,
27. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 26, wobei zumindest die ersten Schalteiemente (3 a, 3 b) Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, sind, und mittels der Abschirmschaltung (7) die Wechselspannung (VAC) im Messbetrieb jeweils an einem Steueranschluss (Ga, Gb) des Transistors, wie Basis oder Gate, anliegt.
28. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 27, wobei im Messbetrieb ein aus der Beaufschlagung mit der Wechselspannung (VAC) resultierender Stromverlauf zwischen dem Heizdraht (2) und der Wechselspannungsquelle (12) durch die Detektionsschaltung (9) gemessen wird, um anhand einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung (VAC) und dem Stromverlauf die Messkapazität und in der Prüfphase die Messkapazitätsänderung zu delektieren und/oder die Gesamtimpedanz zu ermitteln.
29.Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 28, wobei ein temperaturabhängiges Sperrverhalten der ersten Schaltelemente (3a, 3b) im Messbetrieb kompensiert wird.
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