WO2023217429A1 - Device for heating a surface and for detecting contact with the surface - Google Patents

Device for heating a surface and for detecting contact with the surface Download PDF

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WO2023217429A1
WO2023217429A1 PCT/EP2023/055297 EP2023055297W WO2023217429A1 WO 2023217429 A1 WO2023217429 A1 WO 2023217429A1 EP 2023055297 W EP2023055297 W EP 2023055297W WO 2023217429 A1 WO2023217429 A1 WO 2023217429A1
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WO
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sensor
heating
ground
earth
sensors
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PCT/EP2023/055297
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Bufe
Christoph LEIBER
Robert HAGGE
Original Assignee
Marquardt Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/046—Adaptations on rotatable parts of the steering wheel for accommodation of switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/06—Rims, e.g. with heating means; Rim covers
    • B62D1/065—Steering wheels with heating and ventilating means

Definitions

  • the invention relates to a device designed to alternately heat a surface or to enable the detection of contact with the surface.
  • a large number of devices for heating the touched surfaces on steering handles are known from the prior art. Such devices are usually integrated into steering handles, such as handlebars or steering wheels, or into seats.
  • the heating or the heating of the steering handle primarily represents a comfort function, which is intended to provide an operator with a pleasantly temperature-controlled control element.
  • touch detection on steering handles primarily serves to increase driving safety, since the touch detection detects the hand of the driver or the driver himself and is intended to ensure, for example, that the driver grips the handle with at least one hand.
  • the information about the touch or presence of the driver and/or hand can also be used in numerous other vehicle systems.
  • Steering assistants can include an active correction option for the driver, which can be used under certain circumstances. However, there may also be other reasons for detecting whether the driver has his hands on the steering wheel or not. So can e.g. B. it can be provided that a steering assistance system is only activated when the driver has his hands on the steering wheel. In most countries it is mandatory that the vehicle is under the driver's control while driving, even if modern assistance systems would be able to safely and autonomously control the vehicle in certain situations.
  • a well-known concept relies on the EPS system and induces a low-amplitude vibration in the steering wheel. When the driver has their hands on the steering wheel, this has a dampening effect that can be detected. However, the vibration can be distracting or annoying for the driver.
  • Other systems use special sensors. Such a system uses resistive sensor elements in which two conductors are spaced apart beneath the surface of the steering wheel are arranged. When a certain amount of pressure is applied to the surface, the conductors are brought into contact. However, the pressure required to activate the sensor makes this approach less reliable.
  • the other hand is grounded or connected to a ground because the driver touches a grounded component of the vehicle, the overall impedance will be significantly different than a situation in which the other hand is not grounded.
  • a detected signal is more pronounced or higher in signal strength if the other hand or the driver is grounded somewhere.
  • detecting the grounded state of the other hand is difficult, not to mention estimating its influence on the detection signal.
  • Other factors can also influence the captured signal, e.g. B. the driver's seating position, which means that Measurement results become less reliable. There is therefore a need to make the measurement results more reliable.
  • a combination of heating and touch detection is known from both EP 2 028 078 A1 and DE 11 2018 005 213 T5.
  • a sensor is provided with several sensor lines, of which one of the sensor lines is also used as a heating wire, so that they are designed integrally with one another.
  • the present invention is based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and of providing a device for heating a surface and for capacitive detection of a touch on the surface, which enables the simultaneous execution of the functions and in which the reliability and accuracy of the capacitive hand detection on a steering wheel is improved. This task is achieved by the combination of features according to claim 1.
  • a device for heating a surface and for detecting contact with the surface is therefore proposed.
  • the device can in particular be integrated into a seat or a steering handle of a vehicle.
  • the surface can accordingly be, for example, a gripping or gripping surface of the steering handle or a seat or backrest surface of the seat.
  • a device for a steering handle for heating a surface (on the steering handle) and for detecting contact with this surface, comprising a sensor arrangement and a control device as well as an electrically conductive functional conductor connected to this as a heating wire for heating the surface, the Control device has a heating circuit for heating the surface via the functional conductor and a sensor circuit (preferably with measuring circuit), designed to detect contact with the surface by a hand.
  • the sensor arrangement for capacitive position detection of a hand is designed with a plurality of capacitive sensors connected to a measuring device, which are arranged along said surface, each sensor having at least one sensor electrode, the measuring device being designed to selectively carry out a sequence of detection processes to be carried out on the plurality of sensors, and in each detection process preferably to activate at least one sensor by applying a detection signal to its at least one sensor electrode, the sensor activated for measurement being connected to the ground or vehicle ground via a switching element directly or via a resistance can be temporarily connected, while at the same time the other sensors that are not activated for a detection process are separated from earth or mass as intended.
  • the measuring device is an integral part of the sensor circuit, so that the activation of individual sensors and the subsequent measurement can be controlled by a unit.
  • the high-resistance resistor has at least an electrical resistance of 5 kQ.
  • the sensor currently to be measured is sequentially first directly or temporarily with high impedance, e.g. B. is grounded over 5 kQ and then measured. All other sensors (that are not measured) are open at the same time by switching elements and are not grounded. After the end of the measuring process for the currently activated sensor, this scheme is then carried out gradually for the other sensors sequentially until this measuring sequence starts or ends again at the first sensor after reaching the last sensor. The deactivation of one currently active sensor and the activation of the next additional sensor can take place immediately one after the other, so that the measurement pauses are very short. It is conceivable that other measurement sequences can also be controlled by the control device, in which e.g. B. one or more of the sensors are not activated sequentially in the measurement sequence, grounded to a high resistance and deactivated, but are left out. This can be done during the first run or later.
  • control device is configured in such a way that the sensor activated for measurement is initially temporarily connected to the ground or mass via a switching element and Only then (after the connection to grounding or earth has been removed again) is the capacitive measuring process started.
  • control device is designed to ground at least one further sensor at the end of each detection process, which is activated for the next detection process, and to continue to use all other sensors that were not activated for a detection process as intended to leave the earth or mass separated, in particular by keeping the switching elements of these sensors intended for connection to the earth or mass open.
  • the detection process therefore includes temporary grounding and the subsequent measuring process.
  • control device or measuring device is designed to activate more than one individual sensor.
  • the heating wire for heating the surface is also a sensor arrangement for detecting contact with the surface.
  • heating wire is arranged in a flat and meandering manner.
  • the switching elements for connecting and disconnecting the sensors to earth or mass are designed as semiconductor switching elements or as electronically controllable switching elements.
  • the sensor arrangement is connected parallel to a sensor connection (wiring harness L1). Voltage source and the earth or ground is arranged, an optional additional wiring harness Lr running with the voltage source and the earth or ground is provided with at least two switching elements, between which a fixed reference capacitance Cref is connected to earth/ground. It is further advantageous if the two parallel line strands are each connected to the measuring device via a separate measuring channel and the measuring device each has a measuring input for the sensor measurement and an input for the reference measuring line for the line strand with the reference capacitance Cref.
  • a further aspect of the present invention also relates to a steering handle of a vehicle with a device as described above, wherein the surface is a gripping surface for gripping the steering handle, so that the gripping surface can be heated and contact with the gripping surface can be detected.
  • Fig. 1 shows a device according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation to explain the sensor arrangement
  • Fig. 3 shows a steering handle with a functional manager of a device.
  • a device 1 according to the invention is shown schematically in FIG. This has a control device 10 and a functional conductor 13 connected to it, through which a surface 2 can be heated and contact with the surface 2 can be detected.
  • a heating circuit 11 is provided in the control device 10, which in the present case comprises a controller 11C and switching elements 11V.
  • a sensor circuit 12 evaluates a capacitive change detected via the functional conductor 13.
  • the controller 11C of the heating circuit 11 and the sensor circuit 12 are presently provided on a common microcontroller 15, although these can also be provided on separate microcontrollers or generally separately from one another.
  • a voltage supply unit 14 is provided as part of the device 1 or as part of the control device 10, which, however, does not have to be understood as part of the device 1 or the control device 10.
  • the sensor circuit 12 and the heating circuit 11 are supplied with a mains or operating voltage by the voltage supply unit 14.
  • the switching elements 11V can be implemented by various circuits.
  • FIG. 2 shows the functionality in the device 1 for a steering handle 3 for heating a surface 2 and for detecting contact with the surface 2 on the steering handle 3 (see FIG. 3).
  • the sensor arrangement S is connected to a sensor circuit 12. , Furthermore, an electrically conductive functional conductor 13 is provided as a heating wire for heating the surface 2, the control device 10 also having the in Figure 1 has heating circuit 11 shown.
  • the sensor circuit 12 is designed to detect a touch of the surface 2 by a hand, the sensor arrangement S being designed with capacitive sensors which are arranged along the surface 2, each sensor having at least one sensor electrode.
  • the line harness Lr is also connected to the voltage source and the ground or ground and is equipped with two switching elements SL1, SL2, between which a fixed reference capacitance Cref is connected to ground/ground.
  • the capacity of the measuring sensor of the sensor arrangement Csen is shown in addition to the capacity of the user's hand C in.
  • the reference capacitance Cref is advantageously approximately the same as or of the same order of magnitude as the capacitance of the measuring sensor Csen. However, this may vary depending on the configuration.
  • the parallel line strands L1, L2, ..., Lr are each connected to the measuring device 10 via a separate measuring channel and the measuring device 10 each has a measuring input CH1, ..., CHR for the sensor measurement and an input CH2 for the reference measuring line for the wiring harness with the reference capacity Cref.
  • the sensor circuit 1 is further designed to selectively carry out a sequence of detection operations on the plurality of sensors.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Controls (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

The invention relates to a device (1) for heating a surface (2) and for detecting contact with the surface (2), having a sensor arrangement (S) and a control device (10) and having an electrically conductive functional conductor (13), connected to the control device, as a heating wire for heating the surface (2), wherein the control device (10) has a heating circuit (11) for heating the surface (2) via the heating wire (13), and a sensor circuit (12) designed to detect contact of a hand with the surface (2), wherein the sensor arrangement (S) is formed from several capacitive sensors connected to a sensor circuit (12) for the capacitive position detection of a hand (H), said sensors being arranged along the surface (2), wherein each sensor has at least one sensor electrode.

Description

Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur Erkennung einer Berührung der Fläche Device for heating a surface and detecting contact with the surface
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung ausgebildet um wechselweise eine Fläche zu beheizen oder die Erkennung einer Berührung der Fläche zu ermöglichen. The invention relates to a device designed to alternately heat a surface or to enable the detection of contact with the surface.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Behei- zen von den berührten Flächen an Lenkhandhaben bekannt. Zumeist sind solche Vorrichtungen in Lenkhandhaben, wie beispielsweise Lenkern oder Lenkrädern, oder in Sitze integriert. A large number of devices for heating the touched surfaces on steering handles are known from the prior art. Such devices are usually integrated into steering handles, such as handlebars or steering wheels, or into seats.
Dabei stellt die Heizung bzw. die Beheizung der Lenkhandhabe in erster Linie eine Komfortfunktion dar, welche einem Bediener ein angenehm temperiertes Bedienelement bereitstellen soll. Davon abweichend dient eine Berührungserkennung an Lenkhandhaben überwiegend der Steigerung der Fahrsicherheit, da durch die Berührungserkennung die Hand des Fahrers bzw. der Fahrer selbst erkannt und dadurch beispielsweise sichergestellt werden soll, dass der Fahrer die Handhabe mit zumindest einer Hand greift. The heating or the heating of the steering handle primarily represents a comfort function, which is intended to provide an operator with a pleasantly temperature-controlled control element. In contrast to this, touch detection on steering handles primarily serves to increase driving safety, since the touch detection detects the hand of the driver or the driver himself and is intended to ensure, for example, that the driver grips the handle with at least one hand.
Zusätzlich kann die Information über die Berührung bzw. Anwesenheit von Fahrer und/oder Hand auch bei zahlreichen weiteren Systemen des Fahrzeugs verwendet werden. In addition, the information about the touch or presence of the driver and/or hand can also be used in numerous other vehicle systems.
In Fahrzeugen kann es erforderlich sein, zu erfassen, ob der Fahrer seine Hände am Lenkrad hat (z. B. um festzustellen, ob der Fahrer bereit ist, eine Lenkaktion auszuführen). Lenkassistenten können eine aktive Korrekturmöglichkeit für den Fahrer beinhalten, die unter bestimmten Umständen genutzt werden kann. Es kann aber auch andere Gründe geben, zu erkennen, ob der Fahrer seine Hände am Lenkrad hat oder nicht. So kann z. B. vorgesehen sein, dass ein Lenkassistenzsystem nur dann aktiviert wird, wenn der Fahrer seine Hände am Lenkrad hat. In den meisten Ländern ist es vorgeschrieben, dass das Fahrzeug bei der Fahrt unter der Kontrolle des Fahrers steht, auch wenn moderne Assistenzsysteme in der Lage wären, das Fahrzeug in bestimmten Situationen auf sichere Weise selbstständig und autonom zu steuern. In vehicles, it may be necessary to detect whether the driver has his hands on the steering wheel (e.g. to determine whether the driver is ready to perform a steering action). Steering assistants can include an active correction option for the driver, which can be used under certain circumstances. However, there may also be other reasons for detecting whether the driver has his hands on the steering wheel or not. So can e.g. B. it can be provided that a steering assistance system is only activated when the driver has his hands on the steering wheel. In most countries it is mandatory that the vehicle is under the driver's control while driving, even if modern assistance systems would be able to safely and autonomously control the vehicle in certain situations.
Um allerdings festzustellen, ob mindestens eine Hand am Lenkrad positioniert ist oder nicht, wurden mehrere Konzepte entwickelt. Ein bekanntes Konzept stützt sich auf das EPS-System und induziert eine Vibration mit geringer Amplitude im Lenkrad. Wenn der Fahrer die Hände am Lenkrad hat, hat dies eine dämpfende Wirkung, die erfasst werden kann. Allerdings kann die Vibration für den Fahrer ablenkend oder störend sein. Andere Systeme verwenden spezielle Sensoren. Ein solches System verwendet resistive Sensorelemente, bei denen zwei Leiter im Abstand voneinander unter der Oberfläche des Lenkrads angeordnet sind. Wenn ein bestimmter Druck auf die Oberfläche ausgeübt wird, werden die Leiter in Kontakt gebracht. Der Druck, der zur Aktivierung des Sensors erforderlich ist, macht diesen Ansatz jedoch weniger zuverlässig. However, to determine whether at least one hand is positioned on the steering wheel or not, several concepts have been developed. A well-known concept relies on the EPS system and induces a low-amplitude vibration in the steering wheel. When the driver has their hands on the steering wheel, this has a dampening effect that can be detected. However, the vibration can be distracting or annoying for the driver. Other systems use special sensors. Such a system uses resistive sensor elements in which two conductors are spaced apart beneath the surface of the steering wheel are arranged. When a certain amount of pressure is applied to the surface, the conductors are brought into contact. However, the pressure required to activate the sensor makes this approach less reliable.
Ein alternativer Ansatz verwendet kapazitive Sensoren, die eine Hand durch ihren Einfluss auf ein vom Sensor erzeugtes elektrisches Feld, somit kapazitive Änderungen erkennen. Insbesondere das Dokument US 2012/326735 A1 offenbart die Verwendung von kapazitiven Sensoren, die so angeordnet und konfiguriert sind, dass sie jeweils den Kontakt mit der vorderen rechten Seite, der vorderen linken Seite und der hinteren Oberfläche eines Lenkrads erkennen. Die Sensoren werden gleichzeitig aktiviert und ein Sensor registriert einen Kontakt, wenn die Impedanz dieses Sensors größer oder gleich einem Schwellenwert für die Impedanz ist. Während kapazitive Sensoren zuverlässiger als resistive Sensoren sind, können die Erfassungsergebnisse für eine Hand des Benutzers durch einen geerdeten Zustand der anderen Hand verfälscht werden. An alternative approach uses capacitive sensors that detect capacitive changes in a hand through their influence on an electric field generated by the sensor. In particular, document US 2012/326735 A1 discloses the use of capacitive sensors arranged and configured to detect contact with the front right side, the front left side and the rear surface of a steering wheel, respectively. The sensors are activated simultaneously and a sensor registers a contact when the impedance of that sensor is greater than or equal to an impedance threshold value. While capacitive sensors are more reliable than resistive sensors, the detection results for one hand of the user can be distorted by a grounded condition of the other hand.
Letztendlich handelt es sich dann um ein komplexes Netzwerk aus kapazitiven Einheiten, die durch einen Masseschluss oder Erdung dynamisch beeinflusst werden, so dass es zu unerwünschten Ergebnissen kommen kann.Ultimately, it is a complex network of capacitive units that are dynamically influenced by a ground fault or grounding, which can lead to undesirable results.
Wenn die andere Hand geerdet oder mit einer Masse verbunden ist, weil der Fahrer ein geerdetes Bauteil des Fahrzeugs berührt, unterscheidet sich die Gesamtimpedanz erheblich von einer Situation, in der die andere Hand nicht geerdet ist. Im Allgemeinen ist ein erfasstes Signal in seiner Signalstärke ausgeprägter bzw. höher, wenn die jeweils andere Hand oder der Fahrer irgendwo geerdet ist. Die Erfassung des geerdeten Zustands der anderen Hand ist jedoch schwierig, ganz zu schweigen von der Abschätzung ihres Einflusses auf das Erfassungssignal. Auch andere Faktoren können das erfasste Signal beeinflussen, z. B. die Sitzposition des Fahrers, wodurch die Messergebnisse weniger zuverlässig werden. Es besteht daher ein Bedürfnis danach die Messergebnisse sicherer zu machen. If the other hand is grounded or connected to a ground because the driver touches a grounded component of the vehicle, the overall impedance will be significantly different than a situation in which the other hand is not grounded. In general, a detected signal is more pronounced or higher in signal strength if the other hand or the driver is grounded somewhere. However, detecting the grounded state of the other hand is difficult, not to mention estimating its influence on the detection signal. Other factors can also influence the captured signal, e.g. B. the driver's seating position, which means that Measurement results become less reliable. There is therefore a need to make the measurement results more reliable.
Ein weiterer Einfluss besteht im Übersprechen oder allgemein in der elektromagnetischen Interaktivität zwischen den Sensoren untereinander und der Umgebung. Es sind zwar im Stand der Technik Lösungen und Schirmkonzepte bekannt, um diese Einflüsse zu unterdrücken oder zumindest zu reduzieren, aber diese lassen sich, wenn technisch überhaupt kompatibel, in aller Regel nur mit einem vergleichsweise hohen Zusatzaufwand realisieren. Another influence is crosstalk or generally electromagnetic interactivity between the sensors and the environment. Although solutions and shielding concepts are known in the prior art to suppress or at least reduce these influences, these can generally only be implemented with a comparatively high level of additional effort, if they are technically compatible at all.
Um sowohl ein Heizen als auch eine Berührungserkennung bereitstellen zu können, ist im Stand der Technik meist vorgesehen, dass eine Anwendung für solche Vorrichtungen, also eine Lenkhandhabe oder ein Sitz, sowohl mit einer Heizung als auch mit einem davon getrennten bzw. separaten Sensor zur Berührungserkennung ausgestattet ist. Das führt jedoch zu einem bau- raum- und kostenintensiven Aufbau. In order to be able to provide both heating and touch detection, the prior art usually provides that an application for such devices, i.e. a steering handle or a seat, has both a heater and a separate sensor for touch detection Is provided. However, this leads to a space-intensive and cost-intensive structure.
Weiter ist sowohl aus der Schrift EP 2 028 078 A1 als auch aus der Schrift DE 11 2018 005 213 T5 eine Kombination von Heizung und Berührungserkennung bekannt. Gemäß beiden Varianten ist jeweils ein Sensor mit mehreren Sensorleitungen vorgesehen, von welchen eine der Sensorleitungen zugleich als Heizdraht genutzt wird, sodass diese integral miteinander ausgebildet sind. Furthermore, a combination of heating and touch detection is known from both EP 2 028 078 A1 and DE 11 2018 005 213 T5. According to both variants, a sensor is provided with several sensor lines, of which one of the sensor lines is also used as a heating wire, so that they are designed integrally with one another.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur kapazitiven Erkennung einer Berührung der Fläche bereitzustellen, welche die zeitgleiche Ausführung der Funktionen ermöglicht und bei der die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der kapazitiven Handerfassung an einem Lenkrad verbessert wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. The present invention is based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and of providing a device for heating a surface and for capacitive detection of a touch on the surface, which enables the simultaneous execution of the functions and in which the reliability and accuracy of the capacitive hand detection on a steering wheel is improved. This task is achieved by the combination of features according to claim 1.
Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur Erkennung einer Berührung der Fläche vorgeschlagen. According to the invention, a device for heating a surface and for detecting contact with the surface is therefore proposed.
Die Vorrichtung kann insbesondere in einen Sitz oder eine Lenkhandhabe eines Fahrzeugs integriert sein. Die Fläche kann entsprechend beispielsweise eine Griff- bzw. Greiffläche der Lenkhandhabe oder eine Sitz- oder Lehnfläche des Sitzes sein. The device can in particular be integrated into a seat or a steering handle of a vehicle. The surface can accordingly be, for example, a gripping or gripping surface of the steering handle or a seat or backrest surface of the seat.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorrichtung für eine Lenkhandhabe zum Beheizen einer Fläche (an der Lenkhandhabe) und zur Erkennung einer Berührung dieser Fläche vorgesehen, aufweisend eine Sensoranordnung und eine Steuervorrichtung sowie einen mit dieser verbundenen, elektrisch leitfähigen Funktionsleiter als Heizdraht zur Beheizung der Fläche, wobei die Steuervorrichtung eine Heiz-Schaltung zur Beheizung der Fläche über den Funktionsleiter sowie eine Sensor-Schaltung (vorzugsweise mit Messchal- tung), ausgebildet zur Erkennung einer Berührung der Fläche durch eine Hand aufweist. According to the invention, a device is provided for a steering handle for heating a surface (on the steering handle) and for detecting contact with this surface, comprising a sensor arrangement and a control device as well as an electrically conductive functional conductor connected to this as a heating wire for heating the surface, the Control device has a heating circuit for heating the surface via the functional conductor and a sensor circuit (preferably with measuring circuit), designed to detect contact with the surface by a hand.
Erfindungsgemäß ist die Sensoranordnung zur kapazitiven Positionserfassung einer Hand mit mehreren, mit einer Messvorrichtung verbundenen kapazitiven Sensoren ausgebildet, die entlang der besagten Fläche angeordnet sind, wobei jeder Sensor mindestens eine Sensorelektrode aufweist, wobei die Messvorrichtung ausgebildet ist, um eine Sequenz von Erfassungsvor- gängen selektiv an den mehreren Sensoren auszuführen, und in jedem Erfassungsvorgang vorzugsweise mindestens einen Sensor durch Anlegen eines Erfassungssignals an seine mindestens eine Sensorelektrode zu aktivieren, wobei der jeweils zur Messung aktivierte Sensor über ein Schaltelement direkt oder über einen Widerstand mit der Erde oder Fahrzeugmasse temporär verbindbar ist, während zeitgleich die weiteren, nicht für einen Erfassungsvorgang aktivierten Sensoren bestimmungsgemäß von der Erde o- der Masse getrennt sind. According to the invention, the sensor arrangement for capacitive position detection of a hand is designed with a plurality of capacitive sensors connected to a measuring device, which are arranged along said surface, each sensor having at least one sensor electrode, the measuring device being designed to selectively carry out a sequence of detection processes to be carried out on the plurality of sensors, and in each detection process preferably to activate at least one sensor by applying a detection signal to its at least one sensor electrode, the sensor activated for measurement being connected to the ground or vehicle ground via a switching element directly or via a resistance can be temporarily connected, while at the same time the other sensors that are not activated for a detection process are separated from earth or mass as intended.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Messvorrichtung integraler Bestandteil der Sensor-Schaltung ist, so dass das Aktivieren von einzelnen Sensoren und das anschließende Messen durch eine Einheit gesteuert werden kann. It is particularly advantageous if the measuring device is an integral part of the sensor circuit, so that the activation of individual sensors and the subsequent measurement can be controlled by a unit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass der hochohmige Widerstand mindestens einen elektrischen Widerstand in der Höhe von 5 kQ besitzt. In a preferred embodiment of the invention it is further provided that the high-resistance resistor has at least an electrical resistance of 5 kQ.
Eine Idee der Erfindung besteht darin, dass sequentiell der aktuell zu messende Sensor zuerst direkt oder hochohmig temporär z. B. über 5 kQ geerdet und anschließend gemessen wird. Alle anderen Sensoren (die nicht gemessen werden) sind zur gleichen Zeit durch Schaltelemente offen und nicht geerdet. Nach dem Ende des Messvorgangs beim gerade aktivierten Sensor erfolgt dann dieses Schema nach und nach für die weiteren Sensoren sequentiell bis diese Messabfolge dann nach Erreichen des letzten Sensors wieder beim ersten Sensor startet bzw. beendet ist. Die Deaktivierung des einen gerade aktiven Sensors und die Aktivierung des jeweils nächsten weiteren Sensors kann zeitlich unmittelbar nacheinander erfolgen, so dass die Messpausen sehr kurz sind. Es ist denkbar, dass auch andere Messsequenzen von der Steuervorrichtung angesteuert werden, bei denen z. B. ein oder mehrere der Sensoren nicht in der Messabfolge sequentiell aktiviert, hochohmig geerdet und deaktiviert werden, sondern ausgelassen werden. Dies kann bereits beim ersten Durchlauf oder auch später erfolgen. One idea of the invention is that the sensor currently to be measured is sequentially first directly or temporarily with high impedance, e.g. B. is grounded over 5 kQ and then measured. All other sensors (that are not measured) are open at the same time by switching elements and are not grounded. After the end of the measuring process for the currently activated sensor, this scheme is then carried out gradually for the other sensors sequentially until this measuring sequence starts or ends again at the first sensor after reaching the last sensor. The deactivation of one currently active sensor and the activation of the next additional sensor can take place immediately one after the other, so that the measurement pauses are very short. It is conceivable that other measurement sequences can also be controlled by the control device, in which e.g. B. one or more of the sensors are not activated sequentially in the measurement sequence, grounded to a high resistance and deactivated, but are left out. This can be done during the first run or later.
Mit Vorteil ist daher vorgesehen, dass die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass zunächst eine temporäre Verbindung des zur Messung jeweils aktivierten Sensors über ein Schaltelement mit der Erde oder Masse erfolgt und erst danach (nachdm die Verbindung zum Grounding bzw. Erde wieder aufgehoben wurde) der kapazitive Messvorgang gestartet wird. It is therefore advantageously provided that the control device is configured in such a way that the sensor activated for measurement is initially temporarily connected to the ground or mass via a switching element and Only then (after the connection to grounding or earth has been removed again) is the capacitive measuring process started.
Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung bei der die Steuervorrichtung ausgebildet ist, um am Ende eines jeden Erfassungsvorgangs mindestens einen weiteren Sensor, der für den nächsten Erfassungsvorgang aktiviert wird, zu erden und weiterhin alle anderen Sensoren, die nicht für einen Erfassungsvorgang aktiviert wurden, bestimmungsgemäß weiterhin von der Erde oder Masse getrennt zu lassen, insbesondere dadurch, dass die zum Verbinden mit der Erde oder Masse vorgesehenen Schaltelemente dieser Sensoren geöffnet bleiben. A further advantageous embodiment is in which the control device is designed to ground at least one further sensor at the end of each detection process, which is activated for the next detection process, and to continue to use all other sensors that were not activated for a detection process as intended to leave the earth or mass separated, in particular by keeping the switching elements of these sensors intended for connection to the earth or mass open.
Der Erfassungsvorgang umfasst demnach die temporäre Erdung und den nachfolgenden Messvorgang. The detection process therefore includes temporary grounding and the subsequent measuring process.
Ebenfalls von Vorteil ist eine Konzeption bei der die Steuervorrichtung oder Messvorrichtung ausgebildet ist, um jeweils mehr als einen einzelnen Sensor zu aktivieren. Also advantageous is a concept in which the control device or measuring device is designed to activate more than one individual sensor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Heizdraht zur Beheizung der Fläche (Berührfläche), zugleich eine Sensoranordnung zur Erkennung einer Berührung der Fläche ist. In a preferred embodiment of the invention it is provided that the heating wire for heating the surface (contact surface) is also a sensor arrangement for detecting contact with the surface.
Ebenfalls vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der der Heizdraht flächig und mäanderartig verlaufend angeordnet ist. Also advantageous is an embodiment in which the heating wire is arranged in a flat and meandering manner.
In einer bevorzugten Konfiguration ist vorgesehen, dass die Schaltelemente zum Verbinden und Trennen der Sensoren mit der Erde bzw. Masse als Halbleiterschaltelemente oder als elektronisch steuerbare Schaltelemente ausgebildet sind. In a preferred configuration it is provided that the switching elements for connecting and disconnecting the sensors to earth or mass are designed as semiconductor switching elements or as electronically controllable switching elements.
Weiter bevorzugt ist eine Konfiguration, bei der parallel zu einer Sensorverbindung (Leitungsstrang L1 ), in der die Sensoranordnung zwischen einer Spannungsquelle und der Erde oder Masse angeordnet ist, ein mit der Spannungsquelle und der Erde bzw. Masse verlaufender optional zusätzlicher Leitungsstrang Lr mit wenigstens zwei Schaltelementen vorgesehen ist, zwischen denen eine feste Referenzkapazität Cref mit Erde /Masse verbunden ist. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die beiden parallelen Leitungsstränge jeweils über einen gesonderten Messkanal mit der Messvorrichtung verbunden sind und die Messvorrichtung dazu jeweils einen Messeingang für die Sensormessung und einen Eingang für die Referenzmessleitung für den Leitungsstrang mit der Referenzkapazität Cref aufweist. Further preferred is a configuration in which the sensor arrangement is connected parallel to a sensor connection (wiring harness L1). Voltage source and the earth or ground is arranged, an optional additional wiring harness Lr running with the voltage source and the earth or ground is provided with at least two switching elements, between which a fixed reference capacitance Cref is connected to earth/ground. It is further advantageous if the two parallel line strands are each connected to the measuring device via a separate measuring channel and the measuring device each has a measuring input for the sensor measurement and an input for the reference measuring line for the line strand with the reference capacitance Cref.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft auch eine Lenkhandhabe eines Fahrzeugs mit einer wie zuvor beschriebenen Vorrichtung, wobei die Fläche eine Greiffläche zum Greifen der Lenkhandhabe ist, sodass die Greiffläche beheizbar und eine Berührung der Greiffläche erfassbar ist. A further aspect of the present invention also relates to a steering handle of a vehicle with a device as described above, wherein the surface is a gripping surface for gripping the steering handle, so that the gripping surface can be heated and contact with the gripping surface can be detected.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen, auch wenn dies im Einzelnen nicht explizit angegeben ist. The features disclosed above can be combined in any way, as long as this is technically possible and they do not contradict each other, even if this is not explicitly stated in detail.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig. 1 shows a device according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Sensoranordnung Fig. 2 is a schematic representation to explain the sensor arrangement
Fig. 3 eine Lenkhandhabe mit einem Funktionsleiter einer Vorrichtung. Fig. 3 shows a steering handle with a functional manager of a device.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin. In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Diese weist eine Steuervorrichtung 10 und einen damit verbundenen Funktionsleiter 13 auf, durch welchen eine Fläche 2 beheizt und eine Berührung der Fläche 2 detektiert werden kann. The figures are exemplary schematic. The same reference numbers in the figures indicate the same functional and/or structural features. A device 1 according to the invention is shown schematically in FIG. This has a control device 10 and a functional conductor 13 connected to it, through which a surface 2 can be heated and contact with the surface 2 can be detected.
Zur Beheizung der Fläche 2 über den Heizdraht 13 ist in der Steuervorrichtung 10 eine Heizschaltung 11 vorgesehen, welche vorliegend eine Steuerung 11 C und Schaltelemente 11V umfasst. Um eine Berührung der Fläche 2 detektieren zu können, wertet eine Sensor-Schaltung 12 eine über den Funktionsleiter 13 erfasste kapazitive Änderung aus. To heat the surface 2 via the heating wire 13, a heating circuit 11 is provided in the control device 10, which in the present case comprises a controller 11C and switching elements 11V. In order to be able to detect a touch of the surface 2, a sensor circuit 12 evaluates a capacitive change detected via the functional conductor 13.
Die Steuerung 11 C der Heiz-Schaltung 11 und die Sensor-Schaltung 12 sind vorliegend auf einem gemeinsamen Mikrocontroller 15 vorgesehen, wobei diese auch auf separaten Mikrocontrollern oder allgemein getrennt voneinander vorgesehen sein können. The controller 11C of the heating circuit 11 and the sensor circuit 12 are presently provided on a common microcontroller 15, although these can also be provided on separate microcontrollers or generally separately from one another.
Weiter ist als Teil der Vorrichtung 1 bzw. als Teil der Steuervorrichtung 10 eine Spannungsversorgungseinheit 14 vorgesehen, welches jedoch alternativ nicht als Teil der Vorrichtung 1 oder der Steuervorrichtung 10 verstanden werden muss. Durch die Spannungsversorgungseinheit 14 wird die Sensor- Schaltung 12 und die Heiz-Schaltung 11 mit einer Netz- bzw. Betriebsspannung versorgt. Furthermore, a voltage supply unit 14 is provided as part of the device 1 or as part of the control device 10, which, however, does not have to be understood as part of the device 1 or the control device 10. The sensor circuit 12 and the heating circuit 11 are supplied with a mains or operating voltage by the voltage supply unit 14.
Die Schaltelemente 11V können durch verschiedene Schaltungen implementiert sein. The switching elements 11V can be implemented by various circuits.
In der Figur 2 ist die Funktionalität in der Vorrichtung 1 für eine Lenkhandhabe 3 zum Beheizen einer Fläche 2 und zur Erkennung einer Berührung der Fläche 2 an der Lenkhandhabe 3 (siehe Figur 3) gezeigt. 2 shows the functionality in the device 1 for a steering handle 3 for heating a surface 2 and for detecting contact with the surface 2 on the steering handle 3 (see FIG. 3).
Die Sensoranordnung S ist mit einer Sensor-Schaltung 12 verbunden. , Ferner ist ein elektrisch leitfähiger Funktionsleiter 13 als Heizdraht zur Beheizung der Fläche 2 vorgesehen, wobei die Steuervorrichtung 10 ferner die in Figur 1 gezeigte Heiz-Schaltung 11 aufweist. Die Sensor-Schaltung 12 ist ausgebildet zur Erkennung einer Berührung der Fläche 2 durch eine Hand, wobei die Sensoranordnung S mit kapazitiven Sensoren ausgebildet ist, die entlang der Fläche 2 angeordnet sind, wobei jeder Sensor mindestens eine Sensorelektrode aufweist. The sensor arrangement S is connected to a sensor circuit 12. , Furthermore, an electrically conductive functional conductor 13 is provided as a heating wire for heating the surface 2, the control device 10 also having the in Figure 1 has heating circuit 11 shown. The sensor circuit 12 is designed to detect a touch of the surface 2 by a hand, the sensor arrangement S being designed with capacitive sensors which are arranged along the surface 2, each sensor having at least one sensor electrode.
In Figur 2 ist weiter zu erkennen, dass parallel zu der Sensorverbindung L1 ein optionaler Leitungsstrang Lr vorgesehen ist. Die Sensoranordnung S ist zwischen einer Spannungsquelle U und der Erde E bzw. Masse M angeordnet. In Figure 2 it can also be seen that an optional wiring harness Lr is provided parallel to the sensor connection L1. The sensor arrangement S is arranged between a voltage source U and earth E or mass M.
Der Leitungsstrang Lr ist ebenfalls mit der Spannungsquelle und der Erde bzw. Masse verbunden und ist mit zwei Schaltelementen SL1 , SL2 ausgestattet, zwischen denen eine feste Referenzkapazität Cref mit Erde /Masse verbunden ist. The line harness Lr is also connected to the voltage source and the ground or ground and is equipped with two switching elements SL1, SL2, between which a fixed reference capacitance Cref is connected to ground/ground.
Die Kapazität des Messsensors der Sensoranordnung Csen ist neben der Kapazität der Hand des Benutzers C in dargstellt. Mit Vorteil ist die Referenzkapazität Cref ungefähr gleich oder in der Größenordnung wie die Kapazität des Messensors Csen. Diese kann aber je nach Konfiguration ggf. auch abweichen. The capacity of the measuring sensor of the sensor arrangement Csen is shown in addition to the capacity of the user's hand C in. The reference capacitance Cref is advantageously approximately the same as or of the same order of magnitude as the capacitance of the measuring sensor Csen. However, this may vary depending on the configuration.
Die parallelen Leitungsstränge L1 , L2, ... , Lr sind jeweils über einen gesonderten Messkanal mit der Messvorrichtung 10 verbunden und die Messvorrichtung 10 besitzt dazu jeweils einen Messeingang CH1 , ... , CHR für die Sensormessung und einen Eingang CH2 für die Referenzmessleitung für den Leitungsstrang mit der Referenzkapazität Cref. The parallel line strands L1, L2, ..., Lr are each connected to the measuring device 10 via a separate measuring channel and the measuring device 10 each has a measuring input CH1, ..., CHR for the sensor measurement and an input CH2 for the reference measuring line for the wiring harness with the reference capacity Cref.
Die Sensorschaltung 1 ist ferner ausgebildet, um eine Sequenz von Erfassungsvorgängen selektiv an den mehreren Sensoren auszuführen. Die zu beheizende Fläche 2, deren Berührung ebenfalls erfasst werden soll, und damit die Vorrichtung 1 kann in verschiedenen Anwendungen vorgesehen sein, wobei in Figur 3 beispielhaft ein Lenkrad als Lenkhandhabe 3 dargestellt ist, welches beheizt und dessen Berührung erfasst werden soll. The sensor circuit 1 is further designed to selectively carry out a sequence of detection operations on the plurality of sensors. The surface 2 to be heated, the touch of which is also to be detected, and thus the device 1 can be provided in various applications, with a steering wheel being shown as a steering handle 3 as an example in FIG. 3, which is to be heated and the touch of which is to be detected.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung (1 ) für eine Lenkhandhabe (3) zum Beheizen einer Fläche (2) und zur Erkennung einer Berührung der Fläche (2) an der Lenkhandhabe (3), aufweisend eine Sensoranordnung (S) und eine Steuervorrichtung (10) sowie einen mit dieser verbundenen, elektrisch leitfähigen Funktionsleiter (13) als Heizdraht zur Beheizung der Fläche (2), wobei die Steuervorrichtung (10) eine Heiz-Schaltung (11 ) zur Beheizung der Fläche (2) über den Heizdraht (13) sowie eine Sensor- Schaltung (12), ausgebildet zur Erkennung einer Berührung der Fläche (2) durch eine Hand, aufweist, wobei die Sensoranordnung (S) zur kapazitiven Positionserfassung einer Hand (H) aus mehreren mit einer Sensor-Schaltung (12) verbundenen kapazitiven Sensoren gebildet ist, die entlang der Fläche (2) angeordnet sind, wobei jeder Sensor mindestens eine Sensorelektrode aufweist, wobei die Sensor-Schaltung (12) ausgebildet ist, um eine Sequenz von Erfassungsvorgängen selektiv an den mehreren Sensoren auszuführen, und in jedem Erfassungsvorgang mindestens einen Sensor durch Anlegen eines Erfassungssignals an seine mindestens eine Sensorelektrode zu aktivieren, wobei der jeweils zur Messung aktivierte Sensor vorher temporär über ein Schaltelement direkt oder über einen Widerstand mit der Erde o- der Fahrzeugmasse verbindbar ist, während die weiteren, nicht für einen Erfassungsvorgang aktivierten Sensoren bestimmungsgemäß von der Erde oder Masse schaltungstechnisch getrennt sind. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) so konfiguriert ist, dass zunächst eine temporäre Verbindung des zur Messung jeweils aktivierten Sensors über ein Schaltelement mit der Erde oder Masse erfolgt und erst danach der kapazitive Messvorgang gestartet wird. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) ausgebildet ist, um am Ende eines jeden Erfassungsvorgangs mindestens einen weiteren Sensor für einen weiteren Erfassungsvorgang zu aktivieren , zu erden und weiterhin alle anderen Sensoren, die nicht für einen Erfassungsvorgang aktiviert sind, bestimmungsgemäß weiterhin von der Erde o- der Masse getrennt zu lassen. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Schaltung (12) ausgebildet ist, um jeweils mehr als einen einzelnen Sensor zu aktivieren. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (13) zur Beheizung der Fläche (2), zugleich eine Sensoranordnung zur Erkennung einer Berührung der Fläche (2) ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Heizdraht (13) flächig und mäanderartig verlaufend angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente als Halbleiterschaltelemente oder als elektronisch steuerbare Schaltelemente ausgebildet sind. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einer Sensorverbindung (L1 ), in der die Sensoranordnung (S) zwischen einer Spannungsquelle (U) und der Erde oder Masse angeordnet ist, ein mit der Spannungsquelle und der Erde bzw. Masse verlaufender Leitungsstrang (L2) mit wenigstens zwei Schaltelementen (SL1 , SL2) vorgesehen ist, zwischen denen eine feste Referenzkapazität Cref mit Erde /Masse verbunden ist. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Leitungsstränge (L1 , L2, Lr) jeweils über einen gesonderten Messkanal mit der Sensor-Schaltung (12) verbunden sind und die Sensor-Schaltung (12) dazu jeweils Messeingänge für die Sensormessung und einen Eingang für die Referenzmessleitung für den Leitungsstrang mit der Referenzkapazität Cref aufweist. Lenkhandhabe (3) eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche eine Greiff lä- ehe zum Greifen der Lenkhandhabe ist, sodass die Greiffläche beheizbar und eine Berührung der Greiffläche erfassbar ist. Claims Device (1) for a steering handle (3) for heating a surface (2) and for detecting contact with the surface (2) on the steering handle (3), comprising a sensor arrangement (S) and a control device (10) as well as a this connected, electrically conductive functional conductor (13) as a heating wire for heating the surface (2), the control device (10) having a heating circuit (11) for heating the surface (2) via the heating wire (13) and a sensor circuit (12), designed to detect a touch of the surface (2) by a hand, wherein the sensor arrangement (S) for capacitive position detection of a hand (H) is formed from several capacitive sensors connected to a sensor circuit (12), which are arranged along the surface (2), each sensor having at least one sensor electrode, the sensor circuit (12) being designed to selectively carry out a sequence of detection processes on the plurality of sensors, and in each detection process by applying at least one sensor of a detection signal to its at least one sensor electrode, the sensor activated for measurement being previously temporarily connected to the ground or vehicle ground via a switching element directly or via a resistor, while the other sensors not activated for a detection process are intended to be connected by the Earth or ground are separated in terms of circuitry. Device (1) according to claim 1, characterized in that the control device (10) is configured such that a temporary connection of the sensor activated for measurement is initially established via a Switching element is connected to earth or ground and only then is the capacitive measuring process started. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (10) is designed to activate at the end of each detection process at least one further sensor for a further detection process, to ground and further all other sensors that are not for activated during a detection process, should continue to be separated from earth or ground as intended. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor circuit (12) is designed to activate more than one individual sensor. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating wire (13) for heating the surface (2) is also a sensor arrangement for detecting contact with the surface (2). Device according to one of the preceding claims, wherein the heating wire (13) is arranged in a flat and meandering manner. Device according to one of the preceding claims, wherein the switching elements are designed as semiconductor switching elements or as electronically controllable switching elements. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in parallel to a sensor connection (L1), in which the sensor arrangement (S) is arranged between a voltage source (U) and the earth or ground, a with the voltage source and the earth or ground wiring harness (L2) is provided with at least two switching elements (SL1, SL2), between which a fixed reference capacitance Cref is connected to earth/ground. Device according to claim 8, characterized in that the parallel line strands (L1, L2, Lr) are each connected to the sensor circuit (12) via a separate measuring channel and the sensor circuit (12) each has measuring inputs for the sensor measurement and one Input for the reference measuring line for the wiring harness with the reference capacitance Cref. Steering handle (3) of a vehicle with a device (1) according to one of the preceding claims, wherein the surface is a gripping surface for gripping the steering handle, so that the gripping surface can be heated and contact with the gripping surface can be detected.
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