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Die Erfindung betrifft eine kapazitiv bedienbare Schaltvorrichtung zum Schalten eines elektrischen Geräts. Die kapazitive Bedienbarkeit ergibt sich, indem sich ein Benutzer mit einem Bedienelement, insbesondere eines Fingers oder einer Hand, einer elektrischen Leitelementanordnung der Schaltvorrichtung nähern kann und hierdurch den Kapazitätswert einer elektrischen Kapazität der Leitelementanordnung verändert, was zu einem Schaltvorgang führt. Zu der Erfindung gehört auch eine Beleuchtungsvorrichtung, die mittels der kapazitiv bedienbaren Schaltvorrichtung geschaltet werden kann. Ein Benutzer kann also durch Annähern des Bedienelements an die Beleuchtungsvorrichtung deren Leuchtquelle schalten. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
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Die beschriebene kapazitiv bedienbare Schaltvorrichtung erfordert es, dass eine Steuereinrichtung der Schaltvorrichtung regelmäßig den Kapazitätswert der elektrischen Kapazität der Leitelementanordnung überprüft, um eine Kapazitätsänderung zu erkennen, die ein Benutzer durch Annähern eines Bedienelements, beispielsweise seines Fingers oder seiner Hand, bewirkt. Der zeitliche Abstandswert zwischen den Messzeitpunkten muss derart gering sein, dass ein Benutzer nicht den Eindruck erhält, die Schaltvorrichtung reagieren träge oder zögerlich. Um zudem zuverlässig zwischen einer tatsächlichen Annäherung des Bedienelements einerseits und Messschwankungen andererseits unterscheiden zu können, sind für eine zuverlässige Detektion des Bedienelements mehrere aufeinanderfolgende Messungen des Kapazitätswerts gewünscht. Somit ist man daran interessiert, den zeitlichen Abstandswert zwischen aufeinanderfolgenden Messpunkten des Kapazitätswerts möglichst gering zu halten.
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Andererseits verbraucht jede Messung elektrische Energie, um die Steuereinrichtung, beispielsweise eine Prozessoreinrichtung wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, sowie die Messschaltung zum Messen des Kapazitätswerts zu betreiben. Bei einem batteriebetriebenen Gerät, wie beispielsweise einem mobilen Endgerät (zum Beispiel einem Smartphone oder Tablet-PC) oder einem Kraftfahrzeug mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, sollte aber eine Schaltvorrichtung einen möglichst geringen Energieverbrauch aufweisen. Hier wäre also genau das Gegenteil vorteilhaft, nämlich ein möglichst großer zeitlicher Abstandswert zwischen den Messzeitpunkten.
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Als Lösung zu diesem Konflikt ist aus der
DE 10 2013 222 940 A1 eine Bedieneinheit bekannt, die ein kapazitives Tastfeld für eine Bedienung aufweist. Das kapazitive Tastfeld wird aber nach Möglichkeit in einem Ruhemodus betrieben, nämlich immer dann, wenn der Benutzer die Bedieneinheit gerade nicht bedient. Um eine Annäherung eines Fingers des Benutzers an das Tastfeld zu erkennen, ist deshalb eine zusätzliche kapazitive Sensoreinheit für eine Erkennung der Annäherung bereitgestellt. Diese Lösung erfordert also zwei unterschiedliche Sensoreinrichtungen, nämlich einmal das Tastfeld für die eigentliche Bedienung sowie die zusätzliche kapazitive Sensoreinheit. Dies macht die Bedieneinheit in der Herstellung kostspielig.
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Auch aus der
EP 2 657 813 A2 ist eine Bedienvorrichtung mit einem berührungssensitiven Sensor bekannt, der für eine zusätzliche Plausibilisierung mit einem Näherungssensor gekoppelt ist. Auch hier sind wieder zwei Sensoren notwendig.
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Aus der
DE 10 2008 026 488 A1 ist ein Detektionssystem zur Annäherungserkennung bekannt, das zweistufig arbeitet, um eine Fernbereichsdetektion und eine Nahbereichsdetektion durchzuführen. Die Fernbereichsdetektion erfolgt mittels einer Infrarot-Lichtschranke. Wird im Fernbereich ein Objekt, beispielsweise ein Finger, erkannt, so wird anschließend die Nahbereichsdetektion aktiviert, die dann mittels einer anderen Sensoreinrichtung die Position des Objekts genau bestimmt. Auch für diese zweistufige Detektion sind zwei unterschiedliche Sensoreinrichtung nötig.
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Gemäß der
DE 10 2016 104 695 A1 wird in einem Kraftfahrzeug für einen berührungssensitiven Schalter immer mit voller Abtastrate geprüft, welche Kapazitätswerte sich ergibt, einer sodass kontinuierliche Verläufe aus den Kapazitätswerten entstehen. Es wird dann zwischen unterschiedlichen Zuständen unterschieden, die durch Werteintervalle für die Kapazitätswerte definiert sind. Die Unterscheidung zwischen den Zuständen wird gemacht, um zu überprüfen, wie schnell sich der Benutzer mit seinem Finger dem Schalter annähert, was anhand der Steigung der kontinuierlichen Verläufe vom Zeitpunkt des Eintritts des Zustands SW_ACTIVE zum Zeitpunkt des Eintritts des Zustands SW_THRESHOLD gemessen wird.
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Aus der Firmenschrift „Low Power Capacitive Sensing - Application Note AN507“ (SILICON LABS, Rev. 0.2, 7/13, Austin, TX, USA, Silicon Laboratories, 2013) ist bekannt, die Schaltung für einen berührungssensitiven Schalter in einen Ruhemodus zu schalten, wenn kein Objekt erkannt wurde. Im Ruhemodus ist die Abtastrate für die Kapazitätswerte reduziert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Bauteilaufwand eine energiesparende und dennoch reaktionsschnelle kapazitive Schaltvorrichtung zum Schalten eines elektrischen Geräts bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figur beschrieben.
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Durch die Erfindung ist eine Schaltvorrichtung zum Schalten eines elektrischen Geräts bereitgestellt. Die Schaltvorrichtung kann beispielsweise zum Schalten einer Beleuchtungsvorrichtung, beispielsweise einer Leuchte oder Innenraumbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Die Schaltvorrichtung kann auch beispielsweise zum Schalten eines mobilen Endgeräts vorgesehen sein, wozu die Schaltvorrichtung in dem mobilen Endgerät integriert sein kann. Die Schaltvorrichtung ist kapazitiv bedienbar, das heißt sie weist eine elektrische Leitelementanordnung auf, die wiederum auf der Grundlage von zumindest einem elektrischen Leitelement eine elektrische Kapazität bereitstellt, deren Kapazitätswert von einem Abstand zwischen einem benutzergeführten Bedienelement und der Leitelementanordnung abhängig ist. Ein Leitelement kann beispielsweise ein Gegenstand aus einem elektrisch leitenden Material, z.B. Metall, oder ein Körper mit einer elektrisch leitenden Beschichtung, z.B. einer Metallbeschichtung, sein. Es kann sich bei dem Leitelement beispielsweise um ein Blech handeln. Das Bedienelement des Benutzers kann beispielsweise eine Hand oder ein Finger des Benutzers sein. Nähert also ein Benutzer das Bedienelement an das zumindest eine elektrische Leitelement der Leitelementanordnung an, so ändert sich deren elektrische Kapazität, was sich in einem veränderten Kapazitätswert wiederspiegelt. Die Schaltvorrichtung weist nun eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, in einem Aktivmodus zu vorbestimmten Messzeitpunkten mittels einer Messschaltung der Schaltvorrichtung jeweils zu ermitteln, ob der Kapazitätswert der Kapazität der Leitelementanordnung ein vorbestimmtes Nahkriterium bezüglich des Bedienelements erfüllt. Das Nahkriterium definiert, unter welcher Bedingung davon ausgegangen wird, dass das Bedienelement als nahe genug angesehen wird, um das Gerät zu schalten. Mittels der Messschaltung wird also der besagte Kapazitätswert zu aufeinander folgenden Messzeitpunkten gemessen. Das überprüfte Nahkriterium gibt vor, ab wann eine Kapazitätsänderung signifikant ist, also auf die Gegenwart des Bedienelements hindeutet. Die Steuereinrichtung ist des Weiteren dazu eingerichtet, bei erfülltem Nahkriterium eine Schalteinstellung des Geräts zu verändern.
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Im Aktivmodus überwacht die Steuereinrichtung also aktiv, ob das Bedienelement derart nahe an der Leitelementanordnung ist, dass die Veränderung der Schalteinstellung ausgelöst oder vorgenommen werden muss. Der Abstand, innerhalb welchem geschaltet wird, ist durch das Nahkriterium definiert, welches angibt, wie große die Kapazitätsänderung der Kapazität der Leitelementanordnung sein muss, damit die Schalteinstellung des Geräts verändert wird.
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Im Aktivmodus verbraucht die Steuereinrichtung wie eingangs beschrieben aber elektrische Energie. Wird diese durch eine Batterie des elektrischen Geräts bereitgestellt, so wird diese wiederum mit der Zeit entladen. Um den Energiebedarf der Schaltvorrichtung für das Erkennen oder Detektieren des Bedienelements zu reduzieren, ist erfindungsgemäß aber nun kein zweiter Sensor vorgesehen, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, sondern die Schaltvorrichtung weist zusätzlich zu dem Aktivmodus noch einen Ruhemodus auf. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, in dem Ruhemodus zu vorbestimmten Prüfzeitpunkten (im Unterschied zu den Messzeitpunkten) mittels der Messschaltung jeweils zu ermitteln, ob der Kapazitätswert ein vorbestimmtes Annäherungskriterium bezüglich des Bedienelements erfüllt. Das Annäherungskriterium definiert, unter welcher Bedingung davon ausgegangen wird, dass sich gerade ein Bedienelement annähert. Ein wichtiger Unterschied zwischen dem Aktivmodus und dem Ruhemodus ist nun, das ein zeitlicher Abstandswert zwischen aufeinander folgenden Prüfzeitpunkten (das heißt den Zeitpunkten für die Kapazitätsmessung im Ruhemodus) jeweils größer ist als ein zeitlicher Abstandswert zwischen den aufeinander folgenden Messzeitpunkten (das heißt den Zeitpunkten für die Kapazitätsmessung im Aktivmodus). Des Weiteren ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, bei erfülltem Annäherungskriterium den Ruhemodus zu beenden. Mit anderen Worten wird im Ruhemodus eine Kapazitätsänderung der Kapazität der Leitelementanordnung seltener oder weniger häufig gemessen als im Aktivmodus bezogen auf eine vorgegebene Zeiteinheit. Mit anderen Worten ist im Ruhemodus die Messrate geringer als im Aktivmodus. Der Ruhemodus bleibt solange aktiv, bis anhand des Annäherungskriteriums erkannt ist, dass sich ein Bedienelement eines Benutzers annähert. Das Annäherungskriterium kann dabei derart definiert werden, dass es bereit erfüllt ist, wenn das Bedienelement derart weit weg von der Leitelementanordnung ist, dass noch kein Schaltvorgang vorgesehen ist. Da Bedienelement wird mittels des Annäherungskriteriums bereits während einer zu der Leitelementanordnung gerichteten Annäherungsbewegung detektiert. Dann wird der Ruhemodus beendet. Mit anderen Worten „wacht“ die Steuereinrichtung auf.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Schaltvorrichtung im Ruhemodus weniger elektrische Energie pro Zeiteinheit verbraucht als im Aktivmodus. Im Ruhemodus kann die Schaltvorrichtung somit mit reduziertem Energiebedarf oder elektrischem Leistungsbedarf betrieben werden. Durch das Annäherungskriterium kann festgelegt werden, wann die Schaltvorrichtung den Ruhemodus beenden soll. Dann kann sie beispielsweise in den Aktivmodus wechseln. Durch Festlegen eines geeigneten Schwellenwerts für die Kapazitätsänderung im Annäherungskriterium kann dabei der Ruhemodus schon dann beendet werden, wenn ein Abstand des Bedienelements zur Leitelementanordnung derart groß ist, dass ein Benutzer ohnehin noch keine Reaktion der Schaltvorrichtung auf die Annäherung seines Bedienelements erwartet. Hat ein Benutzer dann den Abstand zur Leitelementanordnung derart verringert, dass er eine Reaktion der Schaltvorrichtung, das heißt eine Veränderung der Schalteinstellung des Geräts, erwartet, so kann dann bereits schon der Aktivmodus eingestellt oder aktiviert sein, sodass eine zuverlässige Erkennung des Bedienelements über mehrere Messzeitpunkte hinweg im Aktivmodus (d.h. in schnellerer Folge als im Ruhemodus) durchgeführt oder bestätigt und daraufhin eine Veränderung der Schalteinstellung des Geräts ausgelöst werden kann. Der Benutzer bekommt hierbei nicht mit, dass die Schaltvorrichtung zwischenzeitlich im Ruhemodus betrieben worden ist.
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Eine Möglichkeit ist, dass die Steuervorrichtung bei erfülltem Annäherungskriterium von dem Ruhemodus in der beschriebenen Weise in den Aktivmodus wechselt. Mit anderen Worten werden die Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Messungen des Kapazitätswerts verringert, sodass sich anstelle der Prüfzeitpunkte die Messzeitpunkte ergeben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass für den Fall, dass eine Annäherung eines Bedienelements im Ruhemodus erkannt wird, der Aktivmodus aktiviert wird und somit der Aktivmodus bereitsteht, sobald das Bedienelement nahe an der Leitelementanordnung angeordnet ist. Hierdurch reagiert die Schaltvorrichtung innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums auf die Gegenwart des einer
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Die Erfindung sieht vor, dass die Steuervorrichtung von dem Ruhemodus in einen Zwischenmodus wechselt. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, in dem Zwischenmodus zu vorbestimmten Verifizierungszeitpunkten mittels der Messschaltung jeweils zu ermitteln, ob der Kapazitätswert ein vorbestimmtes Anwesenheitskriterium bezüglich des Bedienelements erfüllt. Das Anwesenheitskriterium definiert, unter welcher Bedingung davon ausgegangen wird, dass tatsächlich ein Bedienelement anwesend ist. Es wird also nicht unmittelbar vom Ruhemodus in den Aktivmodus gewechselt, sondern es wird zunächst ein Zwischenmodus gewählt, in welchem verifiziert wird, ob der Wechsel aus dem Ruhemodus aufgrund einer Störung (Fehldetektion, Fehlalarm) erfolgte oder nicht. Dies wird durch das Anwesenheitskriterium definiert. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, bei erfülltem Anwesenheitskriterium von dem Zwischenmodus in den Aktivmodus und bei unerfülltem Anwesenheitskriterium in den Ruhemodus zu schalten. Der Zwischenmodus zeichnet sich nun dadurch aus, dass ein zeitlicher Abstandswert zwischen den aufeinander folgenden Verifizierungszeitpunkten jeweils zwischen dem zeitlichen Abstandswert der Messzeitpunkte und dem zeitlichen Abstandswert der Prüfzeitpunkte liegt. Es gibt also drei Stufen für die Messrate der Kapazitätsänderung, nämlich den Ruhemodus, den Zwischenmodus und den Aktivmodus. Bevorzugt ist im Aktivmodus der Abstandswert der Messzeitpunkte kleiner als 10 Millisekunden, im Zwischenmodus der Abstandswert der Verifizierungszeitpunkte in einem Bereich von 10 Millisekunden bis 100 Millisekunden und im Ruhemodus der Abstandswert der Prüfzeitpunkte in einem Bereich von 100 Millisekunden aufwärts, beispielsweise bis 1000 Millisekunden. Das Anwesenheitskriterium des Zwischenmodus kann einen Schwellenwert für die beschriebene Kapazitätsänderung bezüglich des Referenzwerts vorgeben. Durch den Zwischenmodus ergibt sich der Vorteil, dass die Schaltvorrichtung nicht unmittelbar ihren Energieverbrauch erhöht, wenn es im Ruhemodus dazu kommt, dass das Annäherungskriterium erfüllt ist. Stattdessen wird der Energieverbrauch nur soweit erhöht, um zuverlässig mittels des Anwesenheitskriteriums und dem Abstandswert der Verifizierungszeitpunkte ermitteln zu können, ob tatsächlich ein Bedienelement an die Leitelementanordnung angenähert wurde. Durch Verringern des Abstandswerts der Zeitpunkte für die Kapazitätsmessung ergibt sich der Vorteil, dass im Zwischenmodus schneller als im Ruhemodus erkannt werden kann, ob sich ein Bedienelement annähert.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Gemäß einer Ausführungsform gibt das besagte Nahkriterium (für den Aktivmodus) vor, dass bei der Kapazität eine Kapazitätsänderung bezüglich eines vorbestimmten Referenzwerts für eine vorbestimmte erste Mindestanzahl von aufeinander folgenden Messzeitpunkten betragsmäßig größer als ein vorbestimmter erster Schwellenwert sein muss. Der Referenzwert kann beispielsweise der Kapazitätswert der Kapazität sein, wie er sich ergibt, wenn sie kein Bedienelement im Erfassungsbereich der Leitelementanordnung befindet. Die erste Mindestanzahl ist insbesondere größer als 1. Sie kann in einem Bereich von 2 bis 200 liegen. Indem also für mehrere Messzeitpunkte erkannt oder verifiziert sein muss, dass die Kapazitätsänderung größer als der erste Schwellenwert ist, erfolgt das Verändern der Schalteinstellung des Geräts nur, wenn zuverlässig verifiziert ist, dass sich tatsächlich ein Bedienelement an der Leitelementanordnung befindet. Somit sind Fehlauslösungen vermieden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Annäherungskriterium (für den Ruhemodus) vorgibt, dass bei der Kapazität die Kapazitätsänderung bezüglich des Referenzwerts nur einmal oder für eine bezüglich der ersten Mindestanzahl geringere zweite Mindestanzahl von aufeinander folgenden Prüfzeitpunkten betragsmäßig größer als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert sein muss. Im Ruhemodus reagiert die Steuereinrichtung also empfindlicher oder sensitiver, da sie bereits bei einer einmaligen Kapazitätsänderung oder bei einer Kapazitätsänderung bei weniger Messungen als im Falle des Aktivmodus bereits eine Annäherung detektiert. Dies führt aber nicht zu einer Fehlauslösung bezüglich des Veränderns der Schalteinstellung der Geräts, da im Ruhemodus das Gerät nicht geschaltet wird, sondern lediglich der Ruhemodus beendet wird, also beispielsweise in den Aktivmodus gewechselt wird, um die Gegenwart des Bedienelements zu verifizieren. Somit ergibt sich der Vorteil, dass die Schaltvorrichtung auf eine Annäherung des Bedienelements mit der Beendigung des Ruhemodus zuverlässig reagiert.
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In Bezug auf die beiden Schwellenwerte sieht eine Ausführungsform vor, dass der zweite Schwellenwert (Annäherungskriterium des Ruhemodus) kleiner als der erste Schwellenwert (Nahkriterium des Aktivmodus) ist. Hierdurch wird die Annäherung des Bedienelements bereits in einer größeren Entfernung detektiert als die eigentliche Gegenwart des Bedienelements für das Schalten des Geräts. Der zweite Schwellenwert ist insbesondere derart gewählt, dass die Annäherung in einem Bereich von 10 Zentimeter bis 50 Zentimeter, insbesondere 10 Zentimeter bis 35 Zentimeter detektiert wird. Der erste Schwellenwert ist insbesondere derart gewählt, dass das Schalten des Geräts nur erfolgt, wenn sich das Bedienelement in einem Bereich näher als 10 Zentimeter, insbesondere näher als 5 Zentimeter, zu der Leitelementanordnung befindet.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der zeitliche Abstandswert zwischen aufeinander folgenden Messzeitpunkten (Kapazitätsmessung im Aktivmodus) kleiner als 100 Millisekunden, insbesondere kleiner als 60 Millisekunden, ist. Hierdurch kann eine Mehrzahl von Messungen für das Verifizieren der Gegenwart des Bedienelements im Aktivmodus durchgeführt werden, und dennoch innerhalb von weniger als einer Sekunde die Schalteinstellung der Geräts in Reaktion auf ein angenähertes Bedienelement geschaltet werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der zeitliche Abstandswert zwischen aufeinander folgenden Prüfzeitpunkten (Kapazitätsmessung im Ruhemodus) größer als 200 Millisekunden, insbesondere größer als 250 Millisekunden, ist. Hierdurch kann der Bedarf an elektrischer Energie pro Zeiteinheit für die Schaltvorrichtung im Ruhemodus im Vergleich zum Aktivmodus gesenkt werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Steuereinrichtung zwischen den Messzeitpunkten und zwischen den Prüfzeitpunkten jeweils in einem Schlafmodus (Sleep-Mode) betrieben wird, in welchem ein Prozessortakt einer Prozessoreinrichtung der Schaltvorrichtung im Vergleich zum Zeitraum der jeweiligenÜberprüfung des Nahkriteriums und des Annäherungskriteriums reduziert ist. Es wird also beispielsweise ein Systemtakt oder Prozessortakt eines Mikrocontrollers der Steuereinrichtung reduziert. Hierdurch kann der Ruhestrom der Prozessoreinrichtung reduziert werden. Die Stromstärke ist dann insbesondere kleiner als 100 Mikroampere. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch während des Aktivmodus und zusätzlich auch während des Ruhemodus der Energiebedarf der Schaltvorrichtung weiter reduziert wird.
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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist insbesondere für eine kapazitiv bedienbare Beleuchtungsvorrichtung geeignet. Die Erfindung sieht entsprechend eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtquelle zum Erzeugen von Licht vor, wobei zum Schalten der Leuchtquelle eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung bereitgestellt ist. Die Leuchtquelle kann z.B. eine Leuchtdiode oder eine Anordnung aus mehreren Leuchtdioden sein. Die Beleuchtungsvorrichtung kann im ausgeschalteten Zustand (wenn sie kein Licht erzeugt) energiesparend betrieben werden, da die Schaltvorrichtung im Ruhemodus betrieben werden kann. Dennoch kann ohne Reaktionszeitverlust die Leuchtquelle durch die Schaltvorrichtung eingeschaltet werden, sobald ein Benutzer ein Bedienelement, beispielsweise einen Finger oder eine Hand, an eine Leitelementanordnung der Beleuchtungsvorrichtung annähert. Die Leitelementanordnung kann beispielsweise durch einen Reflektor der Leuchtquelle bereitgestellt sein. Die Beleuchtungsvorrichtung stellt dann das oben beschriebene Gerät dar, dessen Schalteinstellung von der Schaltvorrichtung verändert wird, falls das Nahkriterium erfüllt ist.
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Durch die Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, in welchem eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung bereitgestellt ist. Ein Kraftfahrzeug wird im ausgeschalteten oder geparkten Zustand durch die Batterie des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt. Daher ergibt sich bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung der Vorteil, dass auch bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotors im Kraftfahrzeug ein Benutzer ein elektrisches Gerät mittels der Schaltvorrichtung schalten kann, ohne dass hierbei die Gefahr besteht, dass die Batterie des Kraftfahrzeugs im unbenutzten Zustand des Kraftfahrzeugs, wenn kein Benutzer die Schaltvorrichtung bedient, innerhalb eines Tages oder einer Woche derart weit entladen wird, dass sich der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs nicht mehr starten ließe.
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Insbesondere ist vorgesehen, eine Innenraumbeleuchtung des Kraftfahrzeugs mit der Schaltvorrichtung zu schalten. Entsprechend sieht eine Ausführungsform vor, dass in dem Kraftfahrzeug eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt ist. Die Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise in einem Dachmodul des Kraftfahrzeugs integriert sein. Es handelt sich dann also um eine Innenraumbeleuchtung eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen ausgestaltet.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Dargestellt sind eine Windschutzscheibe 11, ein Lenkrad 12 und eine Beleuchtungsvorrichtung 13, die beispielsweise als ein Dachmodul bereitgestellt sein kann, an welchem beispielsweise auch ein Rückspiegel des Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Die Beleuchtungsvorrichtung 13 repräsentiert beispielhaft ein Gerät im Sinne der Erfindung. Die Beleuchtungsvorrichtung 13 kann eine Leuchtquelle 14 aufweisen, die beispielsweise auf der Grundlage einer Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden bereitgestellt sein kann. Ein Licht 15 der Leuchtquelle 14 kann mittels eines Reflektors 16 hin zu einem Innenraum 17 des Kraftfahrzeugs 10 reflektiert werden. Der Reflektor 16 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, gefertigt sein.
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Zum Schalten der Beleuchtungsvorrichtung 13 kann diese eine Schaltvorrichtung 18 aufweisen, die eine elektrische oder elektrisch leitfähige Leitelementanordnung 19, eine Messschaltung 20 und eine Steuereinrichtung 21 aufweisen kann. Die elektrische Leitelementanordnung 19 kann zumindest ein elektrisch leitfähiges oder elektrisches Leitelement 22 umfassen oder aufweisen. Bei dem Leitelement 22 kann es sich um den Reflektor 16 handeln. Mittels der Messschaltung 20 kann in an sich bekannter Weise für ein kapazitives Schalten der Beleuchtungsvorrichtung 13 ein Kapazitätswert 23 der Leitelementanordnung 19 ermittelt werden. Die Steuereinrichtung 21 kann in Abhängigkeit von dem Kapazitätswert 23 mehrerer aufeinander folgender Messungen ein Schaltsignal 24 für die Leuchtquelle 14 erzeugen.
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Um mittels der Schaltvorrichtung 18 die Leuchtquelle 14 zu schalten, kann ein Benutzer ein Bedienelement 25, beispielsweise einen Finger oder eine Hand, an die Leitelementanordnung 19 annähern, also beispielsweise an das Leitelement 22 in Form des Reflektors 16. Sobald ein Abstand 26 des Bedienelements 25 zur Leitelementanordnung 19 innerhalb eines vorbestimmten Nahbereichs 35 liegt, wird das Schaltsignal 24 erzeugt. Bei eingeschalteter Leuchtquelle 14 wird diese dabei ausgeschaltet, bei ausgeschalteter Leuchtquelle 14 wird diese eingeschaltet. Die Beleuchtungsvorrichtung 13 repräsentiert also beispielhaft ein elektrisches Gerät im Sinne der Erfindung dar, dass durch die Schaltvorrichtung 18 geschaltet wird, das heißt dessen Schalteinstellung verändert wird.
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Der Betrieb der Messschaltung 20 und insbesondere der Steuereinrichtung 21, benötigt elektrische Energie. Falls ein Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs 10 abgeschaltet ist, muss diese elektrische Energie aus einer Batterie des Kraftfahrzeugs 10 bereitgestellt werden. Damit die Batterie durch die Überwachung oder Überprüfung der Kapazitätswerte 23 nicht unnötig schnell entladen wird, kann die Steuereinrichtung einen Ruhemodus 27, einen Zwischenmodus 28 und einen Aktivmodus 29 aufweisen. Die Modi 27, 28, 29 können durch einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller 30 der Steuereinrichtung 21 realisiert sein. Mit anderen Worten kann es sich um eine rein softwaretechnische Lösung handeln.
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Im Ruhemodus 27 kann vorgesehen sein, dass die Kapazitätswerte 23 nur zu vorbestimmten Prüfzeitpunkten 31 erfasst oder geprüft werden, während im Zwischenmodus 28 vorgesehen sein kann, das die Kapazitätswerte 23 zu vorbestimmten Verifizierungszeitpunkte 32 erfasst oder geprüft werden, die zeitlich dichter liegen als die Prüfzeitpunkte 31. Im Aktivmodus 29 kann vorgesehen sein, dass die Kapazitätswerte 23 zu vorbestimmten Messzeitpunkten 33 erfasst oder geprüft werden, die wiederum zeitlich dichter liegen als die Verifizierungszeitpunkte 32.
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Im Ruhemodus 27 kann hierbei vorgesehen sein, dass die Kapazitätswerte 23 auf ein Annäherungskriterium 34 hin geprüft werden, das bereits dann erfüllt ist, wenn der Abstand 26 noch außerhalb des Nahbereichs 35 liegt, das heißt der Abstand 26 derart groß ist, dass die Schaltvorrichtung 18 noch kein Schaltsignal 24 erzeugen soll, selbst wenn sich das Bedienelement 25 annähert. Der Schwellenwert für den Abstand 26, das heißt die Grenze des Nahbereichs 35, kann größer als 5 Zentimeter sein. Ein entsprechender Schwellenwert für den Kapazitätswert 23 kann durch das Annäherungskriterium 34 vorgegeben sein. Ist das Annäherungskriterium 34 erfüllt, kann in den Zwischenmodus 28 geschaltet werden.
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Im Zwischenmodus 28 kann ein Verifizierungskriterium 36 vorgesehen sein, welches beispielsweise vorgeben kann, dass mehrere Kapazitätswerte 23 hintereinander eine solche Veränderung der Kapazität der Leitelementanordnung 19 signalisieren muss, wie sie sich bei einer Gegenwart eines Bedienelements 25 innerhalb eines Annäherungsbereichs 37 ergeben muss. Der Annäherungsbereich 37 kann in einem Bereich von dem Nahbereich 35 bis beispielsweise 30 Zentimeter oder 25 Zentimeter liegen.
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Ist das Verifizierungskriterium 36 nicht erfüllt, kann zurück in den Ruhemodus 27 geschaltet werden. Ist das Verifizierungskriterium 36 erfüllt, kann in den Aktivmodus 29 geschaltet werden. Im Aktivmodus 29 kann ein Nahkriterium 38 überprüft werden, welches für die Kapazitätswerte 23 für eine vorbestimmte Mindestanzahl an Messzeitpunkten 33 vorgibt, dass ein Bedienelement 25 innerhalb des Nahbereichs 35 detektiert worden sein muss. Man versucht also über mehrere Messzyklen hinweg (mehrmaliges Messen der kapazitiv geänderten Leitelementanordnung) zu entscheiden, ob es sich wirklich um ein echtes Gut-Signal (Annäherung einer Hand an die sensitive Fläche) oder nur um ein Störsignal handelt (z.B. aufgrund eines Privatfunksenders). Dazu braucht man die schnellen Messzyklen, um möglichst viele Messwerte für die Gut-Signal/Störsignal-Auswertung oder Gut-Signal-Störsignal-Unterscheidung zu haben.
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Für eine erfolgreiche oder positive Detektion kann das Nahkriterium 38 einen entsprechenden Schwellenwert vorgeben. Ist das Nahkriterium 38 erfüllt, wird das Schaltsignal 24 erzeugt. Andernfalls kann zurück in den Zwischenmodus 28 oder in den Ruhemodus 27 geschaltet werden.
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Zwischen den jeweiligen Zeitpunkten 31, 32, 33 der Messung der Kapazitätswerte 23 kann der Mikroprozessor 30 in einen Schlafmodus oder Sleep-Mode SL schalten, in welchem ein Prozessortakt oder Systemtakt des Mikroprozessors 30 im Vergleich zu seinem Aktivzustand verringert ist.
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Diese rein softwaretechnische Lösung zum Verringern eines Energieverbrauchs der Schaltvorrichtung 18 verringert den Ruhestromverbrauch bei einem kapazitiv bedienbaren Gerät, beispielsweise einer Beleuchtungsvorrichtung 13, wie sie für den Innenraum 17 des Kraftfahrzeugs 10 bereitgestellt sein kann. Dennoch ergibt sich kein Reaktionszeitverlust beim Schalten, da sich bereits bei einer Annäherung des Bedienelements 25 im Bereich zwischen Nahbereich 35 und der äußeren Grenze des Annäherungsbereichs 37 eine rechtzeitige Detektion ergibt, wo noch kein Schalten erwartet wird, aber aus dem Ruhemodus 27 herausgeschaltet werden kann.
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Hierzu wird beispielsweise in einem Dachmodul eine Mikrocontrollergesteuerte Elektronik samt Software bereitgestellt, welche unter anderem die kapazitive Veränderung in der Nähe der Lichtaustrittsfläche (Reflektor 16 oder auch mehrere Reflektoren) überwacht und bei entsprechender Kapazitätsveränderung einen Schaltvorgang mittels des Schaltsignals 24 auslöst (Licht ein/aus).
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Damit nun keine wirklich wahrnehmbare Zeitverzögerung zwischen der Annäherung des Bedienelements 25 in den Nahbereich 35 mittels eines Bedienelements 25 (zum Beispiel Finger) hin zur Leitelementanordnung 19 und dem darauffolgenden Schaltzeitpunkt der Leuchtquelle 14 entsteht, muss die Elektronik in sehr kurzen Zeitabständen immer wieder aus dem Sleep-Mode SL aufwachen und messen, ob eine Kapazitätsveränderung stattgefunden hat (Handannäherung oder Fingerannäherung). Solche nichtwahrnehmbaren Zeitabstände (Zeitabstände kleiner als zum Beispiel 100 Millisekunden oder 50 Millisekunden) sind bei einem nicht-trägen System, wie dem Schalten einer Leuchtquelle 14, notwendig und müssen bevorzugt kleiner als 100 Millisekunden sein. Dieses ständige Aufwachen aus dem Sleep-Mode SL und Messen beziehungsweise dem Laden/Entladen der Kapazität der Leitelementanordnung 19 führt zu einem hohen Ruhestromverbrauch, wenn es durchgehend auch dann durchgeführt wird, wenn überhaupt kein Bedienelement 25 präsent ist.
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Das hier eingesetzte kapazitive Messverfahren zum Erfassen eines Kapazitätswerts 23, anhand welchem die Kapazitätsveränderung erkannt werden kann, reagiert bereits aufgrund einer Annäherung eines Bedienelements 25 in einem Abstand von 25 Zentimeter bis 30 Zentimeter, was aber per Software in einer Grobauswertung der Messschaltung 20 erfolgt, wozu das zyklische Aufwachen und Messen nur zu Prüfzeitpunkten 31 stattfindet, durch welche die Zeit zwischen dem Unterbrechen des Sleep-Modes SL, das heißt zwischen zwei Aufwachvorgängen auf mehr als 100 Millisekunden, beispielsweise 250 Millisekunden bis 350 Millisekunden, erhöht wird. Dies wirkt sich natürlich direkt auf den Ruhestromverbrauch aus. Beträgt der zeitliche Abstand der Messzeitpunkte 23 im Aktivmodus 29 oder der Verifizierungszeitpunkt 32 im Zwischenmodus 28 beispielsweise 60 Millisekunden, so ergibt sich eine Verringerung des Ruhestromverbrauchs auf 20 Prozent, falls der Abstandswert der Prüfzeitpunkte 31 im Ruhemodus 27 300 Millisekunden beträgt.
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Wird nun in dem beschriebenen, langsamen Messzyklus des Ruhemodus 27 eine Signalveränderung detektiert, das heißt eine Veränderung der Kapazitätswerte 23 (weil beispielsweise eine Hand in einem Abstand von 20 Zentimeter bis 30 Zentimeter vorhanden ist), schaltet die Software des Mikrocontrollers 30 in einen schnellen Messzyklus zurück, beispielsweise mit Messzeitpunkten 33 im zeitlichen Abstand von 50 Millisekunden. Mit anderen Worten wird der Aktivmodus 29 ausgewählt. Im folgenden Zeitfenster kann nun eine genaue, mehrfach verifizierte und damit gefilterte Auswertung der Kapazitätswerte 23 durchgeführt werden. Erst hier in diesem Aktivmodus wird ausgewertet, ob es sich wirklich um einen Schaltvorgang handelt oder womöglich eine Störung oder ein Fehlalarm vorgelegen hat. Anschließend kann wieder in den Ruhemodus 27 zurückgeschaltet werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Ruhestromoptimierung und Reaktionszeitverkürzung an einem kapazitiv schaltbaren Innenlichtsystem bereitgestellt werden kann.
