CN112166065A - 用于检测靠近或接触机动车辆的部件的人的存在的电容装置 - Google Patents

用于检测靠近或接触机动车辆的部件的人的存在的电容装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112166065A
CN112166065A CN201980035520.7A CN201980035520A CN112166065A CN 112166065 A CN112166065 A CN 112166065A CN 201980035520 A CN201980035520 A CN 201980035520A CN 112166065 A CN112166065 A CN 112166065A
Authority
CN
China
Prior art keywords
calibration
admittance
impedance
complex
resistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980035520.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112166065B (zh
Inventor
皮埃尔·萨布兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Autoliv Development AB
Original Assignee
Autoliv Development AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Autoliv Development AB filed Critical Autoliv Development AB
Publication of CN112166065A publication Critical patent/CN112166065A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112166065B publication Critical patent/CN112166065B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6887—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient mounted on external non-worn devices, e.g. non-medical devices
    • A61B5/6893—Cars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/002—Seats provided with an occupancy detection means mounted therein or thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/002—Seats provided with an occupancy detection means mounted therein or thereon
    • B60N2/0021—Seats provided with an occupancy detection means mounted therein or thereon characterised by the type of sensor or measurement
    • B60N2/0035—Seats provided with an occupancy detection means mounted therein or thereon characterised by the type of sensor or measurement characterised by the sensor data transmission, e.g. wired connections or wireless transmitters therefor; characterised by the sensor data processing, e.g. seat sensor signal amplification or electric circuits for providing seat sensor information
    • 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
    • B62D1/06—Rims, e.g. with heating means; Rim covers
    • B62D1/065—Steering wheels with heating and ventilating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V13/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices covered by groups G01V1/00 – G01V11/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0257—Proximity sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2210/00—Sensor types, e.g. for passenger detection systems or for controlling seats
    • B60N2210/10—Field detection presence sensors
    • B60N2210/12—Capacitive; Electric field
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/015—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting the presence or position of passengers, passenger seats or child seats, and the related safety parameters therefor, e.g. speed or timing of airbag inflation in relation to occupant position or seat belt use
    • B60R21/01512—Passenger detection systems
    • B60R21/01516—Passenger detection systems using force or pressure sensing means
    • B60R21/0152—Passenger detection systems using force or pressure sensing means using strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明涉及一种包括以下项的电容检测装置(100)：所述部件的电容传感器的至少一个电极(20)；交流电压源(23)；用于测量该检测电极(20)和电路参考点之间的阻抗或导纳的复值的装置(24)；和校准电阻器(Rc1、Rc2)；以及切换装置(26，SW1‑SW6)，该切换装置被布置成在测量模式中将该电压源(23)连接到该电极(20)，并且在校准模式中将该电压源(23)连接到该校准电阻器(Rc1、Rc2)并将该电压源(23)与该电极(20)断开连接。该测量装置(24)被布置成在以校准模式操作期间，测量该校准电阻器(Rc1、Rc2)的第一复值；在以测量模式操作期间，在该电极(20)和该电路参考点之间测量第二复值，并且根据该测量的第一复值来校正该测量的第二复值。

Description

用于检测靠近或接触机动车辆的部件的人的存在的电容装置
本发明整体涉及一种用于机动车辆的电容检测装置，该电容检测装置旨在用于检测靠近或接触车辆的部件的人的存在。该装置可具体地用于检测驾驶员的手在车辆的方向盘上的存在或乘员在车辆的座椅中的一个座椅上的存在。
此类电容装置在现有技术中、具体地在文档US 2015/0367751中是已知的，该文档描述了一种用于检测车辆座椅上的人的存在的电容装置。US2015/0367751中描述的电容装置包括布置在座椅中的“天线”电极或“检测电极”、交流电压源和电流测量电路。该交流电压源和该电流测量电路连接到该天线电极。该座椅的与车辆的框架接地连接的框架部分用作耦合到该天线电极的第二电极，以便形成电容传感器。该天线电极与该车辆的框架接地之间的复阻抗的测量使得可以检测座椅上的人的存在。该电容装置还包括已知的耦合到开关元件的标准阻抗。在以测量模式操作期间，电流测量电路测量在天线电极和框架接地之间以及在具有电流-电压转换器功能的互阻抗运算放大器OP AMP的输入处循环的交流电。可从互阻抗放大器的输出电压、从电压源的复输出信号以及从比例因子α来计算在天线电极与框架接地之间所寻求的复阻抗。为了确定或移除该比例因子α，在电容装置处于校准模式下的操作期间重复在测量模式下进行的测量。在校准模式中，标准阻抗与要在天线电极和框架接地之间确定的阻抗进行并联电切换。然后，从在测量模式和校准模式下测量的互阻抗放大器的复输出电压以及从标准阻抗来计算在天线电极与框架接地之间所寻求的阻抗。
文档US 2017/355337描述了一种用于具有两个电极的电容传感器的复阻抗测量电路。为了计算该电容传感器的复阻抗的实部和虚部的绝对值，通过将测量的复阻抗的实部和虚部乘以预先确定的校准矢量来执行振幅归一化和相位校正的操作。
然而，现有技术无法精确地测量复阻抗或导纳。本发明旨在改善该情况。为此，本发明涉及一种用于检测靠近或接触机动车辆的部件的人的存在的电容检测装置，该电容检测装置设置有电容传感器，所述装置包括：
-该电容传感器的至少一个电极，
-电压源，该电压源被布置用于提供交流电压，
-用于测量所述电极和电路参考点之间对应于阻抗或导纳的复值的装置；
-校准电阻器，该校准电阻器用于校准阻抗或导纳的复值的测量。
该电容检测装置的电极属于电容传感器，该电容传感器设置在车辆的要检测存在的人靠近或接触的部件上。该电容传感器包括由电介质材料分开的两个电极。
有利的是，该电容检测装置包括该电容传感器的两个电极中的一个电极，并且该车辆的部件包括该电容传感器的另一个电极。
仍然有利的是，该电容传感器的电极中的至少一个电极可由该车辆部件的结构元件来体现。例如，此类电极可由该车辆部件的电枢元件来体现。
所述电容检测装置的特征在于其包括切换装置，该切换装置被布置成：
-在测量模式中，将该电压源连接到该电极，
-在校准模式中，将该电压源连接到该校准电阻器并且将所述电极与该电压源断开连接，
并且该测量装置被布置成：
-在以校准模式操作期间，测量该校准电阻器的第一复值；
-在以测量模式操作期间，在所述电极和该电路参考点之间测量第二复值，以及
-基于该测量的第一复值校正该测量的第二复值。
因此，在校准模式中，该电压源选择性地连接到该校准电阻器并且与该电极断开连接。任选地，当该电压源连接到该电极时，该电压源可与该校准电阻器断开连接。该校准电阻器(其电阻值被确定(校准)并且是已知的)用于在以校准模式操作期间测量复阻抗或导纳(换句话讲，通过仅将电压源切换到所述校准电阻器)。该校准电阻器的(阻抗或导纳的)所测量的复值使得可校纠正由测量装置在测量模式下(即，通过将电压源切换到电极)测量的(在检测电极和框架接地之间)所寻求的阻抗或导纳的复值的测量。本发明使得可以通过该校准***有效地补偿由于气候变化(特别是温度和湿度)引起的测量中的任何漂移，或考虑用于制造装置的电子部件的操作变量。在本发明的具体实施方案中，电容检测装置包括两个校准电阻器。
使用两个校准电阻器使可以对具有不同电阻值的两个电偶极子的阻抗或导纳的复值进行两次测量。因此，在(阻抗或导纳的)复平面中获得两个不同的测量点。
在第一实施方案中，两个校准电阻器具有不同的电阻值。在这种情况下，该装置单独测量两个校准电阻器中的每个校准电阻器的(阻抗或导纳)复值。有利的是，两个校准电阻器是并联安装的，并且该切换装置被布置成将电压源选择性地连接到两个校准电阻器中的一个电阻器或另一个电阻器。
例如，校准电阻器中的第一个电阻器的电阻值包含在1kΩ和20kΩ之间，优选地在5kΩ和15kΩ之间，并且校准电阻器中的第二个电阻器的电阻值包含在10kΩ和200kΩ之间，优选地在50kΩ和150kΩ之间。这两个值的范围被定义为分别靠近由双手在方向盘上添加的阻抗的复值和由一根手指在方向盘上添加的阻抗的复值。
在第二实施方案中，两个电阻器是相同的。在这种情况下，该装置测量例如两个校准电阻器中的仅一个电阻器的阻抗或导纳的复值，以及串联或并联安装的两个校准电阻器的阻抗或导纳的复值。
在任何情况下，获得对应于具有不同电阻值的两个电偶极子的两个单独的校准测量点使得可以容易地校正测量的相位，因为所测量的校准的两个复值必须需要与阻抗或导纳的复平面的零对准。
有利的是，该测量装置被布置成将偏移校正施加于测量的第二复值，所述偏移校正对应于根据复平面中的矢量
Figure BDA0002800034350000031
的平移，点SOC为该复平面的与电容检测装置的导纳或阻抗的开路复值的对应点，并且点O对应于该复平面的原点。该偏移校正使得可以校正发射或接收电子器件的不同级以及电容检测装置的连接电缆对复阻抗的测量的某些干扰效应。因此，本发明使得可以保证复阻抗的测量为零。
还有利的是，测量装置被布置成从借助于两个校准电阻器测量的两个复值来计算电容检测装置的阻抗或导纳的所述开路复值。用于测量复阻抗的装置可被布置成测量(阻抗或导纳的)开路复值，并且将所述测量的开路复值与所计算的(阻抗或导纳的)开路复值进行比较，以便验证电容检测装置的正确操作。
仍然有利的是，该测量装置被布置成将相位校正施加于该测量的第二复值，所述相位校正对应于根据直线与复平面的阻抗或导纳的轴线之间的角度α的旋转，该直线由复平面中从借助于两个校准电阻器测量的阻抗或导纳的两个复值获得的两个点定义。“校准电阻器”在本文中被理解为是指具有已知电阻值的两个电阻器或任选地具有已知电阻值的一个电阻器和等同于开路的无限值的一个电阻器。该电阻器被选择为具有比其他部件中的其余部件更精确的电阻值(0.1％量级)。它们还被选择为具有非常低的温度漂移(15ppm的量级)和/或更好的机械抗性或热应力抗性。它们可例如使用“薄膜”技术，这使得可以获得比常用的“厚膜”技术更好的性能。实际上，当通过炉时，使用“厚膜”技术的电阻器变化更显著。
有利的是，如先前所定义，该测量装置被布置成施加包括偏移校正和相位校正的两种校正中的至少一种校正。换句话讲，该测量装置可被布置成施加偏移校正、或相位校正、或偏移校正和相位校正。
仍然有利的是，该电容检测装置包括一对串联的保护电容器，所述对电容器与该一个或多个校准电阻器并联安装，并且该两个电容器中的一个电容器在其端子处经由两个相应的开关连接到电压源，并且另一个电容器连接到车辆的框架接地。该保护电容器使可以保护校准电阻器(优选地为比常规电阻器更敏感的精密电阻器)免受ESD(静电放电)的影响。有利的是，在接近电容检测装置的设计电容的值的范围内选择保护电容器的电容值。因此，在校准模式下测量的电流类似于在测量模式下测量的电流。这保证了最佳的测量精度。
该电容检测装置可被布置成循环地重复测量电极与电路参考点之间的第二复值，并且在所述第二复值的两次连续测量之间进行单次校准测量。
先前，在初始校准阶段期间，该装置可被布置成对由两个校准电阻器产生的两个不同电偶极子的阻抗或导纳的第一复值进行两次校准测量。
因此，本发明使得可以保证复阻抗的测量随时间推移的连续校准并且连续补偿任何可能的干扰效应(例如，温度)，而不会使电极和电路参考点之间的复阻抗的测量的节律变差。
有利的是，该测量装置被布置成根据通过以下方式被测量然后校正的(阻抗或导纳的)所述第二复值来计算电极与车辆的电路参考点之间的电容值：将缩放增益G施加于被测量然后校正的所述第二复值的虚部，增益G由以下等式提供
Figure BDA0002800034350000051
其中
-RC1是第一校准电阻器；
-RC2是第二校准电阻器；
-CR_C1是在导纳复平面中对应于第一校准电阻器RC1的(阻抗或导纳的)复值的测量的点；
-CR_C2是在所述导纳复平面中对应于第二校准电阻器RC2的(阻抗或导纳的)复值的测量的点。
该测量装置包括例如电流测量电路。
本发明还涉及一种设置有先前定义的电容检测装置的车辆方向盘。
本发明同样涉及一种设置有先前定义的电容检测装置的机动车辆座椅。
本发明还涉及一种包括如上定义的方向盘和/或座椅的机动车辆。
从以下通过非限制性示例提供并通过附图示出的本发明实施方案的具体实施方式，将更清楚地看到本发明的其他特征和优点，在附图中：
-图1示出了根据本发明的第一具体实施方案的示意图，该示意图示出了设置有用于检测方向盘上的驾驶员的存在的两个电极的方向盘；
-图2示出了根据本发明的第一实施方案的电容检测装置的布线图；
-图3、图4和图5示出了复平面，在这种情况下为导纳复平面，该导纳复平面包括标准正交坐标系
Figure BDA0002800034350000052
在该标准正交坐标系上示出了原始(未校正的)测量点、校正的测量点和计算点；
-图6.1示出了初始校准操作的步骤的流程图；
-图6.2示出了在检测电极和车辆的框架接地之间测量所寻求的导纳或阻抗的复值的操作步骤的流程图；
-图7示出了与图2所示的两个校准电阻器的(阻抗或导纳的)复值的测量交织的所寻求的复值的测量序列。
下文以说明性示例的方式，在安装在车辆的方向盘上的电容检测装置的上下文中描述本发明，所述装置旨在用于检测驾驶员在方向盘上的存在。
图1示意性地示出了设置有电枢10的方向盘1，该电枢可以连接到车辆的框架接地。根据本发明，该方向盘设置有由电介质材料层22隔开的外部电极20(称为“检测电极”)和内部电极21(称为“保护电极”)。电极21存在于电极20和方向盘1的电枢10之间。电极21存在于方向盘上并且不与方向盘的电枢直接接触(即，直接电接触)。所述电极20、21和该电介质材料形成具有预定构造的电容器C1的元件或电容传感器。电容C1通常包含在500pF和10nF之间，优选地在1 nF和5nF之间，甚至更优选地在1nF和3nF之间。该电容器可见于图2中。
当车辆的驾驶员触碰方向盘或朝向方向盘移动他们的手或手指时，在检测电极20和车辆的框架接地之间添加对应于并联布置的电容器Cx和电阻器Rx的复阻抗Zx。该复阻抗Zx是朝向方向盘移动的器官的表面积的函数。因此，确定该值使得可以检测方向盘上(或靠近该方向盘)的驾驶员的存在或不存在。
图2示出了根据本发明的具体实施方案的电容检测装置100。该装置100包括：
-检测电极20，该检测电极耦合到保护电极21，
-电压源23，该电压源被布置成供应交流电压，
-用于测量阻抗或导纳的复值的装置24，
-校准装置25，该校准装置包括至少一个校准电阻器，在这种情况下为两个校准电阻器RC1、RC2，以及
-切换装置26，SW1-SW6。
图2同样示出了存在于方向盘1处的各种电容器：
-具有构造C1的电容器，该电容器存在于电极20和21之间；
-具有构造C2的电容器，该电容器存在于保护电极21与方向盘10的电枢之间，该电容器在本文中连接到车辆的框架接地；和
-未知电容器(待定)Cx，该未知电容器在本文中存在于方向盘1的检测电极20与车辆的框架接地之间；该电容器Cx包括由驾驶员的手或手指在方向盘1上添加的电容，并且在适用的情况下，包括联接到方向盘1的构造的一个或多个泄漏电容；该图示出了检测电极20与框架接地之间所寻求的复阻抗Zx的电容部分。
电压源23包括交流电压发生器230，该交流电压发生器在本文中连接到电压变压器231。该电压发生器230连接到变压器231的初级。变压器231的次级连接到两个输出端子232和233，以便经由变压器231将电压源23连接到要被供应交流电压信号的外部部件。变压器231在电压发生器230和所连接的外部部件之间形成流电隔离，并且防止共模效应朝向所连接的部件传播。或者，可移除电压变压器。本文的切换装置包括不同的继电器或电气开关SW1至SW6以及控制单元26。通常，在控制单元26的命令下，该继电器被布置成
-在测量模式下，将电压源23连接到电极20或21中的至少一个电极，
-在校准模式下，将电压源23连接到至少一个校准电阻器Rc1、Rc2，并且将一个或多个电极20或21与电压源23断开连接。
在本文所述的实施方案中，继电器SW1至SW6具有以下更精确作用，选择性地将电压源23：
-在测量模式下连接到检测电极20；
-或者在校准模式下连接到校准装置25。
各种继电器SW1至SW6的断开和闭合由控制单元26控制，以便获得上述处于测量模式和校准模式的电气配置。具体地讲，在校准模式下，电压源23必须连接到校准装置25并且与电极(本文中与检测电极20)断开连接；SW1和SW2断开并且SW5和SW6闭合。在本文所述的具体示例中，在测量模式中，电压源23连接到电极(本文中为检测电极20)并且与校准装置25断开连接；SW1和SW2闭合并且SW5和SW6断开。然而，可以设想，在测量模式下维持电压源23与校准装置25之间的连接。
术语“测量模式”应理解为是指电容检测装置100的电气配置，其适用于测量一个电极(例如检测电极20)与电路参考点之间的阻抗或导纳的复值。该电路参考点为例如车辆的框架接地。或者，该参考点可为另一个电路点，例如电容装置的另一个电极。
术语“校准模式”应理解为是指电容检测装置100的电气配置，其适用于测量一个或多个校准电阻器(如下文所解释，本文中为RC1或RC2，或任选地为等同于开路的无限电阻器)的阻抗或导纳的复值。
控制单元26为例如微控制器单元(MCU)。
在本文所述的具体实施方案中，检测电极20经由继电器SW1连接到电压源23。更具体地讲，在本文参考图2所述的实施方案中，检测电极20经由继电器SW1连接到变压器231的次级的端子232。保护电极21经由继电器SW2连接到变压器231的次级的端子233。在测量模式中，两个继电器SW1和SW2闭合，以便将变压器231的输出端子232和233分别连接到检测电极20和保护电极21。在校准模式中，两个继电器SW1和SW2断开以将电压源23与电极20和21断开连接。
测量装置24被布置成测量电极和电路参考点之间对应于阻抗或导纳的复值。例如，测量装置24旨在用于测量在检测电极20和车辆的框架接地之间所寻求的复阻抗“Zx”(或导纳1/Zx)。该复阻抗Zx(或导纳1/Zx)为待定的未知阻抗(或导纳)，以便检测人的手在方向盘上的存在或不存在。当人(通常为驾驶员)将其双手(或单手或者一个手指或若干个手指)放在方向盘上时，复阻抗Zx包括电阻Rx的实部和电容Cx的虚部。或者，复导纳1/Zx包括电导的实部和电纳的虚部。
测量装置24在本文中包括电流测量电路240、242-243和处理电路241。
电流测量电路240、242-243包括运算放大器240，该运算放大器具有负输入端子(-)240.1、正输入端子(+)240.2和输出端子240.3。正输入端子(+)240.2连接到框架接地或等同电压信号。负输入端子240.1旨在用于接收待测量的电流，以便测量复阻抗或导纳。运算放大器240的输出端子240.3经由与电容器243并联安装的电阻器242联接到负输入端子240.1，使得运算放大器240形成由电容器243滤波的电流-电压转换器。
电阻器242的值例如包含在1kΩ和10kΩ之间，优选地在1kΩ和5kΩ之间。电阻器的值被有利地选择为使得电磁相容性测试不使放大器的输入级饱和。根据与正弦波电压发生器的频率相关的所需通频带来选择电容器243的电容。例如，对于100kHz的频率和2kΩ的电阻器242，电容器243的电容为220pF的量级。
运算放大器240的输入端子之间的电压为零或几乎为零，并且其输入阻抗非常高并且被认为是无限的。这样，保护电极21构成虚拟接地，这消除了电容器C2(在保护电极21和车辆的框架接地之间)对测量的所有影响，因为电容器C2的端子处的电压为零。
由于运算放大器240被安装为电流-电压转换器，因此存在于其输出处的电压表示通过运算放大器240的负输入端子240.1循环的电流。换句话讲，放大器240的输出电压是通过负输入端子240.1循环的电流的复制。
处理电路241被布置成根据运算放大器240的输出电压确定阻抗或导纳的复值，该复值表示通过输入端子240.1循环的电流。这使得可以确定检测电极20与车辆的框架接地之间的复阻抗Zx(或复导纳1/Zx)，以及一个或多个校准电阻器(本文中为RC1、RC2或任选的无限电阻器)的复阻抗(或复导纳)。
阻抗或导纳的复值的测量可在复平面(诸如图3所示的复平面)中表示。图3以说明性示例的方式示出了包括正交坐标系
Figure BDA0002800034350000093
的导纳复平面，其中
Figure BDA0002800034350000094
和
Figure BDA0002800034350000095
分别为定义导电率1/R的轴线的矢量和定义电纳C×2π×f的轴线的矢量(其中f为由处理电路241的DDS(直接数字合成)生成的以赫兹为单位的频率)。
测量电子器件(电压源、变压器、OP AMP放大器等)、连接电缆和环境状况(特别是温度)对复阻抗的测量具有干扰影响。为了补偿这些干扰效应或与部件的变化性相关的性能变化，电容检测装置100被布置成借助于校准装置25校准或校正在测量模式下的装置100的操作期间获取的阻抗或导纳的复值的测量。
本文的校准装置25包括两个校准电阻器Rc1和Rc2。在本文所述的具体实施方案中，两个校准电阻器Rc1和Rc2彼此不同。
校准电阻器Rc1和Rc2被有利地校准(即，配置)，并且具有被确定为确保在相关值范围内精确校准测量以测量方向盘上的至少一只手或至少一个手指的阻抗或导纳的电阻值。例如，校准电阻器Rc1和Rc2被配置为分别对应于放置于方向盘上的两只手和放置于方向盘上的一根手指。换句话讲，校准电阻器Rc1被配置为基本上等于(近似)由放置在方向盘上的两只手添加的理论阻抗，由150pF量级的电容C150构成。对于100kHz的任意频率f，该理论阻抗C150Z150pF由以下等式确定：
Figure BDA0002800034350000091
Figure BDA0002800034350000092
由于该理论值四舍五入成10千欧姆，因此本文所选择的校准电阻器Rc1是精度为10K(10千欧姆)的电阻器。类似地，校准电阻器Rc2被提供为基本上等于(近似)由放置在方向盘上的一根手指添加的理论阻抗，由15pF量级的电容C15构成。对于100kHz的任意频率f，该理论阻抗Z15pF由以下等式确定：
Figure BDA0002800034350000101
由于该理论值四舍五入成100K(100千欧姆)，因此本文所选择的校准电阻器Rc2是精度为100K(100千欧姆)的电阻器。然而，校准电阻器Rc1和Rc2的值可不同于10 K和100K，有利地包含在1K和200K之间，优选地包含在5K和150K之间。电阻器Rc1的值例如包含在1kΩ和20kΩ之间，优选地在5kΩ和15kΩ之间。电阻器Rc2的值例如包含在10kΩ和200kΩ之间，优选地在50kΩ和150kΩ之间。校准电阻器使得可以创建用于测量阻抗或导纳的复值的参照系。优选地，使用精密电阻器以便在通过加热炉期间进行生产时获得非常低的温度漂移(25ppm)、非常好的公差(0.1％)、更好的机械应力抗性、更好的水分抗性。例如，校准电阻器通过“薄膜”技术获得。
两个校准电阻器Rc1和Rc2在本文中并联安装。电阻器Rc1(Rc2)中的每一个电阻器分别在其两个端子处被如下连接：
-经由公共电继电器或开关SW5连接到电压源23；具体地讲，在本文参考图2所述的实施方案中，两个电阻器Rc1(Rc2)经由继电器SW5连接到变压器231的输出端子232；
-经由单独的电继电器或开关SW3(SW4)连接到车辆的框架接地。
在本文所述的具体实施方案中，校准装置25同样包括串联安装的一对两个保护电容器CP1和CP2。串联的一对电容器CP1和CP2与校准电阻器Rc1和Rc2并联安装，并且连接到车辆的框架接地。这些电容器CP1和CP2使得可以保护校准电阻器，该校准电阻器在本文中是比常规电阻器对ESD(静电放电)效应更敏感的精密电阻器。它们被提供在靠近设计电容C1和C2的电容范围内。更具体地讲，电容CP1为电容C1的量级，电容CP2为电容C2的量级。更具体地讲，CP1包含在500pF和500nF之间，优选地等于10 nF，CP2包含在100pF和10nF之间，优选地等于1nF。因此，在校准期间测量的电流类似于在测量所寻求的阻抗Zx(或导纳1/Zx)期间测量的电流。这导致最佳测量精度。
与继电器SW3串联耦合的校准电阻器Rc1、与继电器SW4串联耦合的校准电阻器Rc2以及串联耦合的一对电容器CP1和CP2形成三个电路分支，该三个电路分支经由继电器SW5并联连接在交流电压源23(在这种情况下为变压器231的输出端子232)与车辆的框架接地之间。
切换装置同样包括***在变压器231的输出端子233与两个保护电容器CP1和CP2间的连接点之间的继电器SW6。因此，在校准模式下，保护电容器CP1在其端子处分别经由第一继电器SW5和第二继电器SW6连接到变压器231的次级的两个输出端子232和233。保护电容器CP2在其两个端子处分别经由继电器SW6连接到变压器231的次级的输出端子233和框架接地。
测量电路24旨在用于通过放大器240的负输入端子240.1接收表示要在本文中测量的阻抗或导纳的电流信号。为此，切换装置被布置成在测量模式下将输入端子240.1连接到连接电流源23的输出端子233的分支，或者经由继电器SW6连接到两个保护电容器CP1和CP2之间的连接点。在图2的实施方案中，放大器240的负输入端子240.1连接到连接分支，该连接分支联接继电器SW6和变压器231的输出端子233。在不使用电容器CP1和CP2的情况下，放大器240的负输入端子240.1仅连接到变压器231的输出端子233，并且电阻器RC1和RC2继而直接连接到变压器231的输出端子232。
下文是参考图3至图5中的曲线图和图6.1和图6.2中的流程图，对应于电容校准装置100的操作，用于检测车辆的方向盘1上的人的方法的描述。
本发明使得可以根据在本文具有彼此不同的已知电阻值的校准电阻器Rc1和Rc2校准(或校正)检测电极20与框架接地之间的阻抗或导纳的复值的测量。校准电阻器Rc1和Rc2用于进行校准测量。如将在下文所述，可重复这些校准测量以连续更新校准。
如图6.1所示，该检测方法包括初始校准操作E0。该初始校准操作E0旨在测量校准电阻器中的每个电阻器的阻抗或导纳的复值，并且在本文中同样地测量等同于无限电阻器的复阻抗或导纳的阻抗或导纳的开路复值。该初始标准操作包括电容检测装置100的校准模式中的配置的第一步骤E00。在该步骤E00期间，在控制单元26的命令下，继电器SW1和SW2断开并且继电器SW5和SW6闭合。然后，电压源23与电极20、21断开连接并且连接到校准装置25，以便通过一对保护电容器CP1和CP2向校准级提供交流电压。
在检测装置100的这种配置(SW1-SW2断开并且SW5-SW6闭合)中，校准电阻器Rc1和Rc2一个接一个地(单独地)连接到电压源23，以便分别进行电阻器Rc1和电阻器Rc2的阻抗或导纳的复值的两次测量。因此，该切换装置被布置成将电压源23选择性地连接到两个电阻器Rc1中的第一个电阻器，并且然后连接到两个电阻器Rc2中的第二个电阻器。更确切地说，由于继电器SW3闭合并且继电器SW4断开，因此测量装置24在第一校准测量步骤E01期间测量校准电阻器Rc1的复阻抗或导纳。然后，由于继电器SW3断开并且继电器SW4闭合，因此测量装置24在第二校准测量子步骤E02期间测量校准电阻器Rc2的复阻抗或导纳。在图3至图5中，点CR10和点CR100分别在本文具有导纳
Figure BDA0002800034350000121
的复平面中表示校准电阻器RC1的导纳的复值的原始测量和校准电阻器RC2的导纳的复值的原始测量。“原始测量”应理解为是指未校正的测量。步骤E01和E02可以任何给定顺序进行。
在后续步骤E03期间，处理电路241在本文中根据以下等式根据两个校准电阻器Rc1和Rc2的(阻抗或导纳的)复值的测量来计算检测装置100的理论开路导纳SOC，换句话讲，无限校准电阻器(替代例如Rc1或Rc2)的导纳：
Figure BDA0002800034350000122
等式(1)变换以下数学特性：
-导纳SOC、CR10和CR100在导纳复平面内对准，因为所有三个导纳仅表示电阻并且
-在导纳CR10相对于开路导纳SOC的振幅和导纳CR100相对于开路导纳SOC的振幅之间存在比例因子10。
在复平面
Figure BDA0002800034350000123
中，根据定义，理论无限阻抗点Soc被视为正交坐标系的原点O。并且，如图3和图4所示，由于先前提到的干扰效应，点SOC和坐标系
Figure BDA0002800034350000124
的原点O在复平面
Figure BDA0002800034350000125
中不重合。将点SOC发送到复平面
Figure BDA0002800034350000126
的原点O上的平移定义了矢量
Figure BDA0002800034350000127
由矢量
Figure BDA0002800034350000128
表征的平移定义了要施加于由测量装置24进行的测量的第一偏移校正。在步骤E04期间，处理电路241计算偏移或平移矢量
Figure BDA0002800034350000129
在步骤E05期间，处理电路241对电阻器Rc1和Rc2的阻抗或导纳的复值的两个测量中的至少一个测量施加对应于根据复平面
Figure BDA0002800034350000131
中的点CR10(或CR100)的矢量
Figure BDA0002800034350000132
的平移的第一校正。如图4所示，点CR10(或CR100)通过根据矢量
Figure BDA0002800034350000133
的平移的图像点是复平面
Figure BDA0002800034350000134
中的偏移点CR10_S(或CR100_s)。其符合以下等式：
Figure BDA0002800034350000135
在步骤E06期间，处理电路241计算增益G，以分别转换成导电率和电容的标准测量单位西门子(siemens)和法拉(farad)。根据以下等式计算转换增益G：
Figure BDA0002800034350000136
上述等式(3)起因于以下事实：两个校准电阻器Rc1和Rc2的相应导纳之间的差值等于增益G乘以连接测量点CR10和测量点CR100的矢量的范数。换句话讲：
Figure BDA0002800034350000137
该方法同样可包括在步骤E07(在图6.1中以虚线示出)期间测量阻抗或导纳的开路复值，该值例如在初始校准操作E0期间在校准电阻器Rc1和RC2的阻抗的测量E01和E02之后取得。阻抗或导纳的该开路复值对应于校准电阻器的阻抗或导纳，但具有无限的电阻值。注意，如图3和图4所示，导纳的平面
Figure BDA0002800034350000138
的COC点对应于导纳的开路复值的测量。如图4所示，在检测装置100的正确操作期间，点COC靠近计算的理论点SOC。COC和SOC之间的过大偏移指示电容检测装置100发生故障。该方法任选地包括诊断正确操作的步骤E08，在此期间，处理电路241验证测量点COC是否靠近计算理论点SOC，以便检测检测装置100的正确或不正确操作。例如，计算两个点COC和SOC之间的距离并且将其与有限(或阈值)值进行比较。如果所计算的距离小于极限值，则认为操作是正确的。如果所计算的距离大于极限值，则检测到检测装置100发生故障。在这种情况下，可将警告信号传输到车辆的驾驶员。
校准操作E0之后是测量检测电极20与车辆框架接地之间的阻抗的操作E1。当驾驶员的手(或者仅一个或多个手指)在方向盘上时，如图2所示，它们在检测电极20和框架接地之间并联地添加包括电阻Rx和电容Cx的阻抗Zx。
测量操作E1包括电容检测装置100的测量模式中的配置的第一步骤E10。在该步骤E10期间，在控制单元26的命令下，继电器SW1和SW2闭合，并且继电器SW5和SW6在本文中断开。然后将电压源23连接到电极20、21，检测电极20连接到电压源的输出端子232，并且与校准装置25断开连接，以便为检测电极20供应交流电压。在该配置中，继电器SW3和SW4有利地断开。
在测量步骤E11期间，检测电极20接收交流电压信号，并且测量电路24借助于放大器240测量循环通过保护电极21的电流。处理电路241确定检测电极20与框架接地之间的阻抗Zx或导纳1/Zx的复值。图4在本文中在导纳复平面
Figure BDA0002800034350000148
中示出了表示阻抗Zx或导纳1/Zx的复值的测量的测量点M，以及电阻器RC1的偏移测量点CR10_s，原点O和对应于无限(或开路)阻抗的计算点SOC。
在后续步骤E12期间，处理电路241将第一校正施加至阻抗Zx或导纳1/Zx的复值的测量，该第一校正对应于导纳平面
Figure BDA0002800034350000141
中的测量点M的矢量
Figure BDA0002800034350000142
的平移。通过该平移的测量点M的图像点是导纳平面中的偏移点
Figure BDA0002800034350000143
其符合以下等式：
Figure BDA0002800034350000144
校准电阻器RC1、RC2是具有实(电阻)值的纯电阻器。按照惯例，电阻器在复平面中由电导轴线
Figure BDA0002800034350000145
上的点表示，本文为导纳
Figure BDA0002800034350000146
基于该几何特性以及表示电阻器RC1、RC2的测量复值和所计算的阻抗或导纳的开路复值(即，在通过偏移校正之前的CR10、CR100和SOC，或者在通过
Figure BDA0002800034350000147
偏移之后的CR10_s、CR100_s和O)的点中的至少两个点，处理电路241在步骤E13期间例如通过以下等式向偏移测量点MS施加复平面中的相位校正：
||(OM_(_S))-||＝||(OM_(_S&R))-|| (5)
Figure BDA0002800034350000151
其中M_(_S&R)是偏移校正和相位校正之后的测量点M。
在更一般的方式中，所述相位校正对应于根据以下之间的角度α的旋转：
-由(导纳
Figure BDA0002800034350000152
或阻抗的)复平面的根据电阻器(校准电阻器和/或无限电阻器)的阻抗或导纳的复值的测量获得的两个点定义的直线，以及
-复平面的导电率或电阻的轴线
Figure BDA0002800034350000153
根据电阻器的阻抗或导纳的复值的测量获得的复平面
Figure BDA0002800034350000154
的两个点可选自以下两组点中的一组：
-CR10、CR100和SOC，
-CR10_S、CR100_S和O，
-或例如CR10和COC
因此，处理电路确定通过偏移和相位校正校正的(阻抗或导纳的)复值，该复值在本文中由导纳平面
Figure BDA0002800034350000157
中的点M_(_S&R)表示。将x和y标注为导纳平面
Figure BDA0002800034350000158
中的点M_(_S&R)的横坐标和纵坐标。
偏移校正和相位校正可以任何给定顺序执行，前提条件是计算是合适的。
在缩放步骤E14期间，处理单元241缩放点M_(_S&R)的x坐标和y坐标，以便根据以下等式分别将它们转换成欧姆和法拉测量单位：
Figure BDA0002800034350000155
Figure BDA0002800034350000156
其中f为由处理集成电路241的DDS(直接数字合成)生成的频率，单位为赫兹。
在最终步骤E15期间，处理单元241使用在步骤E14期间获得的电容值C来检测方向盘1上的驾驶员的存在。该电容值C使得可以评估与方向盘1接触的手或手指的表面。15pF量级的电容对应于放置在方向盘1上的一个手指。150pF量级的电容对应于放置于方向盘1上的两只手。
在本发明的具体实施方案中，在执行初始校准操作E0之后执行操作E1以测量阻抗Zx，周期性地重复测量阻抗Zx(或导纳1/Zx)的复值的步骤E11，并且在Zx(或1/Zx)的两次测量之间，重复校准步骤(E01、E02和/或E07)。因此，所寻求的阻抗(或导纳)Zx(或1/Zx)的测量与校准测量交织，以便确保在方向盘1上的整个检测持续时间内的连续校准。例如，一半测量专用于测量模式下的阻抗Zx(或导纳1/Zx)的测量，并且另一半测量专用于校准模式下的校准测量(E01、E02或E07)，以便随时间推移逐渐且连续地更新校准数据。图7示出了Zx的测量和校准测量的这种交织的实施方案的示例。第一行和第二行分别示出电阻器RC1和RC2的阻抗的测量。最后一行示出了阻抗Zx(或导纳1/Zx)的测量。首先，如参考图6.1所述，检测装置100测量电阻器RC1的(阻抗或导纳的)复值，并且然后测量电阻器RC2的(阻抗或导纳的)复值，以便获得第一组校准数据。然后，进行阻抗Zx(或导纳1/Zx)的第一测量。在该初始阶段之后，阻抗Zx(或导纳1/Zx)的测量根据预定测量频率定期重复，并且在两次测量之间，本文进行单个校准测量，即校准电阻器RC1的阻抗测量或校准电阻器RC2的阻抗测量。还可以将这些校准测量与开路测量(等同于具有无限值的校准电阻器)交替。因此，在阻抗Zx(或导纳1/Zx)的两个连续测量之间一个接一个地循环地进行不同的校准测量。因此，校准测量交织在阻抗Zx(或导纳1/Zx)的测量之间。
阻抗Zx(或导纳1/Zx)的测量和校准测量的交织有利地在检测装置100的整个操作时间期间进行，通常从车辆启动的瞬间开始，直到其发动机关闭。
在前述描述中，电容检测装置100包括具有彼此不同的电阻值的两个校准电阻器。
在第一替代实施方案中，电容检测装置包括两个类似的校准电阻器(即，具有相同的电阻值)。在这种情况下，提供切换装置以便从两个校准电阻器中产生两个不同的电阻偶极子，这使得可以对阻抗(或导纳)的复值进行两次测量并且获得用于在复平面中进行校准测量的两个单独的点。例如，第一电阻偶极子仅包括两个校准电阻器中的一个校准电阻器，并且第二电阻偶极子包括并联或串联安装的两个校准电阻器。
在第二另选的实施方案中，电容检测装置包括单个校准电阻器，使得可以执行测量例如包含在10kΩ和100kΩ之间的校准电阻器的阻抗的第一步骤。在这种情况下，与步骤E07相同，移除测量另一个校准电阻器的阻抗的第二步骤，并且该方法包括测量开路电阻的步骤，以便获得开路阻抗测量。在这种情况下，根据表示导纳平面中的校准电阻器(例如，CR100(如果校准电阻器为100kΩ))的阻抗测量的点和示出开路阻抗测量的点COC来确定要施加的两个校正(偏移校正和相位校正)。在这种情况下，开路阻抗(或导纳)是测量的但不是理论上计算的(点SOC不是计算的)。
在前述描述中，检测电极经由继电器SW1连接到电压源23，在这种情况下，连接到其输出端子232。在电气组件的一个替代实施方案中，保护电极经由继电器SW1连接到电压源23，在这种情况下，连接到其输出端子232。
在前述描述中，测量装置24测量阻抗或导纳的复值，以便在电极(例如，检测电极20)和车辆的框架接地之间检测人在方向盘上的存在或不存在。另选地，阻抗测量装置24测量阻抗或导纳的复值，以便在两个电极20、21中的一个电极与电路参考点之间检测人在方向盘上的存在或不存在。构成所寻求的复阻抗或导纳测量的参考点的电路的点可以是另一个电极。
已经在检测驾驶员在车辆的方向盘上的存在的上下文中描述了本发明。在本发明的另一个实施方案中，电容检测装置旨在用于检测车辆的座椅上人的存在或不存在。更典型地，本发明应用于检测靠近机动车辆的部件或在该部件上(即，与其接触)的人的存在。

Claims (16)

1.一种用于检测靠近或接触机动车辆的部件(1)的人的存在的电容检测装置(100)，所述电容检测装置设置有电容传感器，所述装置包括：
-所述电容传感器的至少一个电极(20)，
-电压源(23)，所述电压源被布置成供应交流电压，
-用于测量所述电极(20)和电路参考点之间对应于阻抗或导纳的复值的装置(24)；
-校准电阻器(Rc1、Rc2)，所述校准电阻器用于校准阻抗或导纳的复值的测量；
其特征在于
所述电容检测装置包括切换装置(26，SW1-SW6)，所述切换装置被布置成(23)：
-在测量模式中，将所述电压源(23)连接到所述电极(20)，
-在校准模式中，将所述电压源(23)连接到所述校准电阻器(Rc1、Rc2)并且将所述电极(20)与所述电压源断开连接，
并且所述测量装置(24)被布置成
-在以校准模式操作期间，测量所述校准电阻器(RC1、RC2)的第一复值；
-在以测量模式操作期间，测量所述电极(20)和所述电路参考点之间的第二复值，以及
-基于所测量的第一复值校正所测量的第二复值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个校准电阻器(RC1、RC2)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述两个校准电阻器(RC1、RC2)具有不同的电阻值。
4.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述校准电阻器(RC1)中的第一校准电阻器具有包含在1kΩ和20kΩ之间的电阻值，并且所述校准电阻器(RC2)中的第二校准电阻器具有包含在10kΩ和200kΩ之间的电阻值。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述两个校准电阻器(RC1、RC2)并联安装，并且所述切换装置(26，SW1-SW6)被布置成选择性地将所述电压源(23)连接到所述两个电阻器(RC1、Rc2)中的一个电阻器或另一个电阻器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量装置(24)被布置成将偏移校正施加于所测量的第二复值，所述偏移校正对应于根据复平面中的矢量
Figure FDA0002800034340000021
的平移，所述点SOC为所述复平面的与所述电容检测装置的导纳或阻抗的开路复值对应的点，并且点O对应于所述复平面的原点。
7.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述测量装置(24)被布置成根据借助于所述两个校准电阻器(RC1、RC2)测量的两个复值来计算所述电容检测装置的阻抗或导纳(SOC)的所述开路复值。
8.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述测量装置(24)被布置成测量阻抗或导纳(COC)的开路复值，并且将所述测量的阻抗或导纳的开路复值与所述计算的阻抗或导纳(SOC)的开路复值进行比较，以便验证所述电容检测装置的正确操作。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量装置(24)被布置成将相位校正(E13)施加于所测量的第二复值，所述相位校正对应于根据直线与所述复平面的所述阻抗或导纳的轴线之间的角度α的旋转，所述直线由复平面中从借助于所述两个校准电阻器测量的阻抗或导纳的两个复值获得的两个点定义。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一对串联的保护电容器(CP1、CP2)，所述一对电容器与所述一个或多个校准电阻器(RC1、RC2)并联安装，并且其中所述两个电容器中的一个电容器在其端子处经由两个相应开关连接到所述电压源(23)，并且另一个电容器连接到所述车辆的框架接地。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置被布置成循环地重复测量所述电极和所述电路参考点之间的所述第二复值，并且在所述第二复值的两次连续测量之间重复所述测量，以进行单次校准测量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量装置(24)被布置成根据通过以下方式被测量然后校正的所述第二复值计算所述电极(20)与所述电路参考点之间的电容值：将缩放增益G施加于被测量然后校正的所述第二复值的虚部，所述增益G由以下等式提供
Figure FDA0002800034340000031
其中
- RC1是第一校准电阻器；
- RC2是第二校准电阻器；
- CR_C1是在导纳复平面中与所述第一校准电阻器RC1的复值的测量对应的点；
- CR_C2是在所述导纳复平面中与所述第二校准电阻器RC2的复值的测量对应的点。
13.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述测量装置(24)包括电流测量电路。
14.一种设置有根据前述权利要求中任一项所述的电容检测装置(100)的机动车辆方向盘。
15.一种设置有根据权利要求1至13中任一项所述的电容检测装置(100)的机动车辆座椅。
16.一种包括根据权利要求14所述的方向盘和/或根据权利要求15所述的座椅的机动车辆。
CN201980035520.7A 2018-06-27 2019-06-19 用于检测靠近或接触机动车辆的部件的人的存在的电容装置 Active CN112166065B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1855743A FR3065294B1 (fr) 2018-06-27 2018-06-27 Dispositif capacitif de detection de la presence d'une personne a proximite d'un composant d'un vehicule automobile
FR1855743 2018-06-27
PCT/EP2019/066177 WO2020002079A1 (fr) 2018-06-27 2019-06-19 Dispositif capacitif de détection de la présence d'une personne à proximité ou au contact d'un composant d'un véhicule automobile

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112166065A true CN112166065A (zh) 2021-01-01
CN112166065B CN112166065B (zh) 2023-04-04

Family

ID=63080163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980035520.7A Active CN112166065B (zh) 2018-06-27 2019-06-19 用于检测靠近或接触机动车辆的部件的人的存在的电容装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11613293B2 (zh)
EP (1) EP3814196B1 (zh)
JP (1) JP7281488B2 (zh)
CN (1) CN112166065B (zh)
FR (1) FR3065294B1 (zh)
WO (1) WO2020002079A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113218424A (zh) * 2021-05-25 2021-08-06 东风电子科技股份有限公司 针对电容式传感器进行检测的电路结构

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113677567A (zh) * 2019-04-12 2021-11-19 Iee国际电子工程股份公司 具有选择性加载和耦合测量模式的电容式传感器设备
CN114222694B (zh) * 2019-07-10 2023-10-31 Iee国际电子工程股份公司 利用方向盘中的双区传感器检测手握持的设备和方法
DE102022105491A1 (de) * 2022-03-09 2023-09-14 Zf Automotive Germany Gmbh Lenkradanordnung, fahrzeug mit der lenkradanordnung sowie verfahren zum überprüfen einer skelettverbindung bei der lenkradanordnung
WO2023195052A1 (ja) * 2022-04-04 2023-10-12 日産自動車株式会社 接触判定方法及び接触判定装置
DE102022003601A1 (de) 2022-09-29 2024-04-04 Kostal Automobil Elektrik Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads
DE102022133186A1 (de) 2022-12-14 2024-06-20 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zum Kalibrieren einer kapazitiven Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs durch Ermitteln eines zweidimensionalen Kalibrierfelds sowie Detektionsvorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886529A (en) * 1996-04-18 1999-03-23 Hewlett-Packard Company Impedance measuring device
CN105283735A (zh) * 2013-04-09 2016-01-27 Iee国际电子工程股份公司 电容感测装置
CN105324640A (zh) * 2013-04-09 2016-02-10 Iee国际电子工程股份公司 电容感测装置
CN107107939A (zh) * 2014-11-07 2017-08-29 Trw汽车安全***有限公司 用于检测方向盘接触的装置及方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62195576A (ja) * 1986-02-21 1987-08-28 Yokogawa Hewlett Packard Ltd インピ−ダンス・メ−タの較正方法
LU92149B1 (en) 2013-02-07 2014-08-08 Iee Sarl Capacitive sensor
DE112015004612T5 (de) * 2014-10-10 2017-06-22 Iee International Electronics & Engineering S.A. Kapazitive Erfassungsvorrichtung
LU92582B1 (en) * 2014-10-22 2016-04-25 Iee Sarl Low-cost complex impedance measurement circuit for guardsense capacitive sensors operated in loading mode
DE112016000792T5 (de) * 2015-02-18 2018-02-08 Iee International Electronics & Engineering S.A. Kapazitives Sitzbelegungserkennungssystem, das unter nassen Bedingungen funktionsfähig ist
CN111788084A (zh) * 2018-01-24 2020-10-16 捷温汽车有限公司 用于感测方向盘上的乘员或座椅中的乘员的手的存在的方向盘或座椅的电容感测和加热***
FR3065291B1 (fr) * 2018-05-25 2021-04-23 Autoliv Dev Dispositif de detection de presence d'un occupant a l'interieur de l'habitacle d'un vehicule

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886529A (en) * 1996-04-18 1999-03-23 Hewlett-Packard Company Impedance measuring device
CN105283735A (zh) * 2013-04-09 2016-01-27 Iee国际电子工程股份公司 电容感测装置
CN105324640A (zh) * 2013-04-09 2016-02-10 Iee国际电子工程股份公司 电容感测装置
CN107107939A (zh) * 2014-11-07 2017-08-29 Trw汽车安全***有限公司 用于检测方向盘接触的装置及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113218424A (zh) * 2021-05-25 2021-08-06 东风电子科技股份有限公司 针对电容式传感器进行检测的电路结构

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021525372A (ja) 2021-09-24
JP7281488B2 (ja) 2023-05-25
FR3065294B1 (fr) 2020-10-02
US20210270637A1 (en) 2021-09-02
CN112166065B (zh) 2023-04-04
WO2020002079A1 (fr) 2020-01-02
EP3814196A1 (fr) 2021-05-05
EP3814196B1 (fr) 2024-05-15
FR3065294A1 (fr) 2018-10-19
US11613293B2 (en) 2023-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112166065B (zh) 用于检测靠近或接触机动车辆的部件的人的存在的电容装置
EP2689256B1 (en) High voltage measurement systems
EP2588871B1 (en) Apparatus and method for measuring the dissipation factor of an insulator
JP4330256B2 (ja) 非接触式電圧測定方法および装置
WO2015083618A1 (ja) 非接触電圧測定装置および非接触電圧測定方法
EP2508898A1 (en) Guarding methods for high voltage measurements
KR102458166B1 (ko) 견고하고 저비용의 용량성 측정 시스템
CN108072788A (zh) 用于非接触式电压测量装置的传感器子***
JP4344667B2 (ja) 非接触電圧測定装置
JP4251961B2 (ja) 非接触電圧測定装置
US11022650B2 (en) Capacitive switch controller
CN109073682B (zh) 用于监测与参考电势dc解耦的ac电压源的监测装置和方法
CN111758039A (zh) 用于接地和诊断的***
EP2588872B1 (en) Apparatus and method for measuring the dissipation factor of an insulator
US11892487B2 (en) Sensing over a shared physical channel
CN113347922A (zh) 生物阻抗测量的误差校正技术
JP5851316B2 (ja) 電圧検出装置
FI121979B (fi) Sovitinkomponentti mittausjärjestelmään
JPH0875689A (ja) 劣化検出装置
CN115201533A (zh) 设备前端中的寄生电容的前馈补偿
CN115128508A (zh) 耦合电容推定方法及装置、多芯电缆端部的对应关系确定方法、多芯电缆组件的制造方法
JPS61265619A (ja) 座標検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant