DE102019130746A1

DE102019130746A1 - Kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung für eine Lenkeingabevorrichtung, Lenkeingabevorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Lenkeingabevorrichtung

Info

Publication number: DE102019130746A1
Application number: DE102019130746.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Poslowsky
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung (10) für eine Lenkeingabevorrichtung (100) eines Fahrzeugs mit einer Heizeinrichtung und mit einer kapazitiven Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich (11) der Lenkeingabevorrichtung (100), sowie eine entsprechende Lenkeingabevorrichtung (100) mit einer solchen Sensor- und Heizvorrichtung (10) und ein Verfahren zum Betrieb einer Lenkeingabevorrichtung (100), wobei die Sensor- und Heizvorrichtung (10) wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element (16) aufweist, das zur Verwendung als Heiz- und/oder kapazitives Sensorelement (16) ausgebildet ist und das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Lenkeingabevorrichtung (100) mit einem elektrisch leitfähigen Kern (14) integriert zu werden und mit dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) eine elektrische Kapazität (C) zu bilden, und wobei die Sensor- und Heizvorrichtung ferner eine Auswerteeinrichtung (20) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, die Kapazität (C) zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element (16) und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von dieser ermittelten Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung einen ersten Temperatur-Istwert (T1) zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung für eine Lenkeingabevorrichtung, insbesondere für ein Lenkrad, eines Fahrzeugs mit einer Heizeinrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Greifbereichs einer Lenkeingabevorrichtung, und mit einer kapazitiven Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung, wobei die Sensor- und Heizvorrichtung wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element aufweist, das zur Verwendung als Heiz- und/oder kapazitives Sensorelement ausgebildet ist, vorzugsweise als kombiniertes Heiz- und Sensorelement, und das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Lenkeingabevorrichtung mit einem elektrisch leitfähigen Kern integriert zu werden, insbesondere in einen Lenkradkranz eines Lenkrads mit einem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern, vorzugsweise beabstandet zum elektrisch leitfähigen Kern, und das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in einem in eine Lenkeingabevorrichtung integrierten Verwendungszustand mit dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung, insbesondere mit dem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern eines Lenkrads, eine elektrische Kapazität zu bilden.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Lenkeingabevorrichtung mit einem elektrisch leitfähigen Kern für ein Fahrzeug, insbesondere Lenkrad mit einem Lenkradkranz und einem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern, wobei die Lenkeingabevorrichtung eine kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung aufweist mit einer Heizeinrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Greifbereichs der Lenkeingabevorrichtung, sowie mit einer kapazitiven Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer vorbeschriebenen Lenkeingabevorrichtung.
Gattungsgemäße, kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, auch für Lenkeingabevorrichtungen, beispielsweise aus der US 2017/0129499 A1 oder der US 2013/0009654 A1 . Verfahren zum Betrieb entsprechender Sensor- und Heizvorrichtungen bzw. entsprechender Lenkeingabevorrichtungen mit einer solchen Sensor- und Heizvorrichtung sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung bereitzustellen, welche insbesondere eine von einer Temperatur einer Lenkeingabevorrichtung abhängige Steuerung und/oder Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs, beispielsweise der Heizvorrichtung der Sensor- und Heizvorrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung, grundsätzlich ohne einen separaten Temperatursensor, wie beispielsweise einen NTC-Temperatursensor (Negative Temperature Coefficient Thermistor) oder dergleichen, ermöglicht. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Lenkeingabevorrichtung, insbesondere eine verbesserte Lenkeingabevorrichtung bereitzustellen, sowie ein alternatives, insbesondere verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Lenkeingabevorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung, durch eine Lenkeingabevorrichtung und durch ein Verfahren zum Betrieb einer Lenkeingabevorrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung ist für eine Lenkeingabevorrichtung, insbesondere für ein Lenkrad, eines Fahrzeugs ausgebildet und weist eine Heizeinrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Greifbereichs einer Lenkeingabevorrichtung, und eine kapazitive Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung auf, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung. Die Sensor- und Heizvorrichtung weist dabei wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element auf, das zur Verwendung als Heiz- und/oder kapazitives Sensorelement ausgebildet ist, vorzugsweise als kombiniertes Heiz- und Sensorelement, und welches dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Lenkeingabevorrichtung mit einem elektrisch leitfähigen Kern integriert zu werden, insbesondere in einen Lenkradkranz eines Lenkrads mit einem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern, vorzugsweise beabstandet zum elektrisch leitfähigen Kern, und mit dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung, insbesondere mit dem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern eines Lenkrads, eine elektrische Kapazität zu bilden.
Eine erfindungsgemäße, kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Heizvorrichtung ferner eine Auswerteeinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in einem in eine Lenkeingabevorrichtung integrierten, funktionsgemäßen Verwendungszustand der Sensor- und Heizvorrichtung die Kapazität zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von dieser ermittelten Kapazität und/oder ihrer Änderung einen ersten Temperatur-Istwert zu bestimmen.
Die Temperaturbestimmung mithilfe der sich ausbildenden elektrischen Kapazität zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element und/oder ihrer Änderung ermöglicht den Entfall eines separaten Temperatursensors. Hierdurch kann ein einfacherer Aufbau einer Lenkeingabevorrichtung erreicht werden, welcher insbesondere eine Herstellung einer Lenkeingabevorrichtung zu geringeren Kosten ermöglicht, da ein Bauteil (in diesem Fall ein Temperatursensor) weniger erforderlich ist.
Eine sich in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung zwischen dem Kern einer zugehörigen Lenkeingabevorrichtung und dem wenigstens einen elektrisch leitfähigen Element ausbildende elektrische Kapazität C ändert sich mit der Temperatur, insbesondere umgekehrt proportional zu dieser, d.h. es gilt insbesondere C(T) =a/T, wobei a ein Proportionalitätsfaktor ist.
Insbesondere wenn zu Beginn eines Betriebs einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung und/oder zu definierten Zeitpunkten, insbesondere regelmäßig, besonders bevorzugt in definierten, sich wiederholenden Abständen, eine Kalibrierung durchgeführt wird und ein Referenzkapazitätswert bestimmt wird, kann somit mittels der Erfassung der Kapazität zwischen dem elektrisch leitfähigen Element und dem Kern der Lenkeingabevorrichtung auf besonders einfache Art und Weise ein erster Temperatur-Istwert der Lenkeingabe vorrichtung bestimmt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensor- und Heizvorrichtung daher insbesondere dazu eingerichtet, zu Beginn eines Betriebs und/oder zu einem oder mehreren definierten Zeitpunkten, insbesondere regelmäßig, besonders bevorzugt in definierten, sich wiederholenden Abständen, kalibriert zu werden, wobei bei einer Kalibrierung insbesondere wenigstens ein Referenzkapazitätswert ermittelt werden kann, insbesondere ein einem zum Kalibrierungszeitpunkt aktuellen Kalibrierungs-Temperatur-Istwert zuordbarer oder zugeordneter Referenzkapazitätswert, wobei wenigstens ein im Rahmen einer Kalibrierung ermittelter Referenzkapazitätswert besonders bevorzugt auslesbar in einem Speicher hinterlegbar ist, beispielsweise in Form einer sogenannten „Look-Up-Tabelle“, insbesondere zusammen mit dem diesem Refrenzkapazitätswert zugeordneten „Kalibrierungs-Temperatur-Istwertes“ zur weiteren Verwendung für eine Bestimmung eines Temperatur-Istwertes der Lenkeingabevorrichtung. Dies ermöglicht eine besonders einfache Bestimmung eines ersten Temerpatur-Istwerts der Len keingabevorrichtung .
Grundsätzlich ist auch eine Kalibrierung denkbar, insbesondere eine Vor-Kalibrierung, insbesondere eine nur einmalig durchzuführende Vor-Kalibrierung, die insbesondere vor einem Einbau einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung in eine Lenkeingabevorrichtung erfolgen kann und/oder vor einem Einbau einer Lenkeingabevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung und/oder vor einer Erst-Inbetriebnahme und/oder nur bei einer erstmaligen Inbetriebnahme durchführbar ist oder durchzuführen ist. Hierfür ist eine erfindungsgemäße Sensor- und Heizvorrichtung besonders bevorzugt dazu ausgebildet und eingerichtet, auf einem Prüfstand kalibriert zu werden, wobei in diesem Fall wenigstens ein zugehöriger Kalibrierungs-Temperatur-Istwert dabei mithilfe eines Temperatursensors des Prüftstands erfasst und bereitgestellt wird.
Da die sich zwischen dem Kern und dem elektrisch leitfähigen Element ausbildende Temperatur-Mess-Kapazität in der Regel deutlich größer ist als eine sich zwischen dem elektrisch leitfähigen Element und der Umgebung ausbildende Sensorkapazität (üblicherweise etwa 200µF zu 2pF) kann der Einfluss der Sensorkapazität auf die Kapazität zur Bestimmung des ersten Temperatur-Istwerts vernachlässigt werden.
Der Einfluss der Temperatur-Mess-Kapazität auf die Sensorkapazität kann durch geeignete Maßnahmen während der Erfassung der Sensor-Kapazität bzw. ihrer Änderung, insbesondere durch eine geeignete Verschaltung, Erfassung und Auswertung, erheblich reduziert werden, wozu aus dem Stand der Technik verschiedenen Lösungen bekannt sind, auf welche hiermit diesbezüglich für weitere Details verwiesen wird.
Eine „kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung“ mit einer Heizeinrichtung und einer Sensoreinrichtung für eine Lenkeingabevorrichtung eines Fahrzeugs ist eine Vorrichtung, welche mittels der zugehörigen Heizeinrichtung sowohl ein Beheizen der Lenkeingabevorrichtung ermöglicht, insbesondere in einem Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung, in welchem die Lenkeingabevorrichtung von einem Fahrer eines Fahrzeugs berührt oder gegriffen werden kann, und welche mithilfe der kapazitiven Sensoreinrichtung ferner das Erkennen einer Annäherung und/oder einer Berührung der Lenkeingabevorrichtung, ebenfalls insbesondere in einem Greifbereich, ermöglicht.
Unter einer „kombinierten, kapazitiven Sensor- und Heizvorrichtung“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche sowohl eine kapazitive Sensoreinrichtung als auch eine Heizeinrichtung aufweist, wobei besonders bevorzugt wenigstens ein Bauteil gemeinsam sowohl von der Sensoreinrichtung als auch von der Heizeinrichtung genutzt wird, in diesem Fall besonders bevorzugt das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element, welches insbesondere ein kombiniertes Heiz- und Sensorelement ist.
Unter einer „Heizeinrichtung“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche zur zumindest zeitweisen Abgabe von Heizwärme eingerichtet ist, wobei die Heizwärme besonders bevorzugt durch einen Stromfluss durch ein zugehöriges Heizelement, in dem Fall bevorzugt durch wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element, hindurch erzeugt werden kann und insbesondere an die Umgebung des Heiz- und Sensorelements abgegeben werden kann, wobei ein zugehöriges Heizelement, vorzugsweise das elektrisch leitfähige Element, insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet ist, als elektrischer Heizwiderstand zu dienen.
Entsprechende Heizeinrichtungen, auch für Lenkräder eines Fahrzeugs, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, auf welchen für nähere Informationen zur grundsätzlichen Funktionsweise sowie zu allgemeinen Anforderungen an die Ausgestaltung derartiger Heizeinrichtungen verwiesen wird.
Eine „kapazitive Sensoreinrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Sensoreinrichtung, welche vorzugsweise dazu ausgebildet und insbesondere dazu eingerichtet ist, eine Kapazität, d. h. eine Größe einer kapazitiven Kopplung, und/oder eine Änderung einer Kapazität und/oder eine entsprechende Größe, welche eine Kapazität und/oder eine Änderung einer Kapazität charakterisiert, zu erfassen und vorzugsweise auszuwerten.
Kapazitive Sensoreinrichtungen zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, auch für Lenkräder von Fahrzeugen, insbesondere zum Erkennen einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads, auf welchen für nähere Informationen zur Funktionsweise und zu allgemeinen Anforderungen an die Ausgestaltung Einrichtungen verwiesen wird.
Die kapazitive Sensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung ist dabei insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet, eine kapazitive Kopplung des elektrisch leitfähigen Elements mit einer Umgebung des elektrisch leitfähigen Elements und/oder mit einer Referenzelektrode, insbesondere mit einer Referenzelektrode, an welcher ein definiertes Potenzial anliegt, anlegbar ist oder angelegt wird, eine Änderung dieser kapazitiven Kopplung und/oder eine diese kapazitive Kopplung und/oder die Änderung dieser kapazitiven Kopplung charakterisierenden Größe zu erfassen und insbesondere auszuwerten. Das Erfassen der kapazitiven Kopplung beziehungsweise einer Änderung dieser ist dabei grundsätzlich auf verschiedene Arten möglich, insbesondere auf die üblichen, aus dem Stand der Technik allgemein bekannten Arten und Weisen, beispielsweise mit einer einfachen Spannungsmessung, einer Strommessung, mithilfe eines Schwingkreises oder mittels einer Impedanzmessung.
In einer möglichen Ausgestaltung kann die Erfassung der kapazitiven Kopplung bzw. der Änderung dieser mittels des sogenannten CVD-Verfahrens (Capacitive Voltage Divider-Verfahrens) erfolgen. Aus der erfassten kapazitiven Kopplung bzw. deren Änderung lässt sich schließen, ob sich ein kapazitives Betätigungsmittel im Detektionsbereich der Sensoreinrichtung befindet oder nicht. Alternativ dazu kann in einer anderen möglichen Ausgestaltung einer kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung die Erfassung der kapazitiven Kopplung bzw. der Änderung dieser beispielsweise auch erfolgen, in dem an dem elektrisch leitfähigen Element ein definiertes Spannungssignal angelegt wird, gleichzeitig der dabei entstehende Stromfluss gemessen wird und eine Phasenverschiebung zwischen dem Spannungssignal und dem Stromfluss ermittelt wird und aus der Phasenverschiebung, welche sich in Abhängigkeit von der kapazitiven Kopplung des elektrisch leitfähigen Elements mit der Umgebung und/oder einer Referenzelektrode einstellt, die Größe der kapazitiven Kopplung bzw. eine Änderung dieser bestimmt werden, beispielsweise mittels eines oder mehrerer ASICs (ASIC = anwendungsspezifischer IC), die speziell hierzu eingerichtet sind.
Die Sensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung ist dabei besonders bevorzugt zur „Hands-On-Off-Detektion“ ausgebildet, d.h. besonders bevorzugt zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem Greifbereich eines Lenkrads, insbesondere zum Erkennen einer Annäherung und/oder einer Entfernung einer menschlichen Hand an das Lenkrad bzw. vom Lenkrad weg und/oder zum Erkennen einer Berührung des Lenkrads mit einer menschlichen Hand, insbesondere zum Erkennen einer Änderung einer Berührung des Lenkrads durch eine menschliche Hand, beispielsweise einer Positionsänderung einer Hand am Lenkrad.
Eine „Lenkeingabevorrichtung“ im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung, mittels welcher eine Lenkeingabe, insbesondere in einem Fahrzeug, vorgenommen werden kann, d.h. ein Lenkbefehl eingegeben werden kann, wobei eine Lenkeingabevorrichtung im Sinne der Erfindung insbesondere ein um eine Lenkachse drehbares Lenkrad sein kann oder beispielsweise ein Joystick, ein Steuerknüppel oder dergleichen.
Ein „kapazitiv wirksames Betätigungsmittel“ im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Betätigungs- und/oder Eingabemittel, dass eine Änderung einer kapazitiven Kopplung eines elektrisch leitfähigen Sensorelements, insbesondere des elektrisch leitfähigen Elements, mit einer Umgebung und/oder einem weiteren, elektrisch leitfähigen Element bewirkt, beispielsweise einer Referenzelektrode, wenn es in den Detektionsbereich der Sensorvorrichtung gelangt, wie beispielsweise ein kapazitiver Eingabestift oder eine menschliche Hand oder Teile davon, wie beispielsweise ein Finger einer menschlichen Hand oder dergleichen.
Unter dem Begriff „Detektionsbereich“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei ein Bereich, insbesondere ein räumlicher Bereich verstanden, innerhalb dessen ein kapazitiv wirksames Betätigungsmittel eine detektierbare, d.h. erkennbare Änderung einer Kapazität bewirken kann, insbesondere einer Sensorkapazität, welche sich zwischen einem Sensorelement, insbesondere dem elektrisch leitfähigen Element, und einer Umgebung oder einem weiteren elektrischen Element ausbildet, beispielsweise einer Referenzelektrode, beispielsweise durch eine Annäherung eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels an eine entsprechende Bedienoberfläche und/oder durch eine Berührung einer entsprechenden Bedienoberfläche, der wenigstens ein kapazitives Sensorelement zugeordnet ist.
Das elektrisch leitfähige Element einer Sensor- und Heizvorrichtung kann insbesondere eine Elektrode sein, welche als Heizelement ausgebildet ist und/oder als kapazitives Sensorelement, wobei das elektrisch leitfähige Element besonders bevorzugt als kombiniertes Heiz- und Sensorelement ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung mit besonders wenigen Bauteilen, da statt einem separaten Heizelement und einem separaten Sensorelement nur ein kombiniertes Heiz- und Sensorelement erforderlich ist.
Ein „kombiniertes Heiz- und Sensorelement“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein elektrisch leitfähiges Element, welches sowohl als elektrisches Heizelement der Heizeinrichtung als auch als kapazitives Sensorelement, insbesondere als kapazitive Sensorelektrode, der Sensoreinrichtung betreibbar ist, vorzugsweise wenigstens zeitlich nacheinander versetzt.
Das elektrisch leitfähige Element einer erfindungsgemäßen kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere, wenn es als kombiniertes Heiz- und Sensorelement ausgebildet ist, ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, mit einer Umgebung und/oder einer Referenzelektrode eine definierte Kapazität auszubilden, welche sich bei Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels im Detektionsbereich des elektrisch leitfähigen Elements gegenüber einem Referenzzustand ändert, wobei die Änderung der Kapazität und damit die Änderung der kapazitiven Kopplung zwischen dem elektrisch leitfähigen Element und der Umgebung und/oder der Referenzelektrode insbesondere proportional zu einem Abstand des Betätigungsmittels zum Sensorelement ist.
Eine erfindungsgemäße Sensor- und Heizvorrichtung kann dabei nur ein elektrisch leitfähiges Element, insbesondere ein kombiniertes Heiz- und Sensorelement, aufweisen oder jeweils mehrere, insbesondere jeweils als kombiniertes Heiz- und Sensorelement ausgebildete elektrisch leitfähige Elemente, welche vorzugsweise jeweils nach dem gleichen Prinzip mit einer zugehörigen Spannungsquelle verschaltet sind. Dies ermöglicht eine ortsaufgelöste Detektion und damit beispielsweise eine Unterscheidung, ob ein oder zwei Hände eines Fahrers eines Fahrzeugs an einem Lenkrad anliegen und/oder wo in einem Greifbereich eines Lenkrads ein Fahrer das Lenkrad greift.
Das elektrisch leitfähige Element, insbesondere wenn es als kombiniertes Heiz- und Sensorelement ausgebildet ist, ist besonders bevorzugt eine elektrisch leitfähige Struktur, welche einen oder mehrere elektrische Leiter aufweist, wobei im Fall von mehreren elektrischen Leitern diese insbesondere geeignet elektrisch miteinander gekoppelt sind, insbesondere geeignet miteinander kontaktiert und/oder verschaltet sind.
Ein elektrisch leitfähiges Element kann beispielsweise ein länglicher Draht- oder fadenähnlicher Leiter sein, welcher insbesondere um einen Kern der Lenkeingabevorrichtung, beispielsweise einen Kern eines Lenkradkranzes, herum angeordnet werden kann, beispielsweise mäanderförmig. Das elektrisch leitfähige Element kann dabei auf einem Trägerkörper angeordnet und/oder aufgebracht sein, beispielsweise aufgestickt und/oder aufgeklebt, oder in einen Trägerkörper eingearbeitet sein und beispielsweise in diesen eingewebt oder eingebettet sein oder dergleichen, vorzugsweise jeweils derart, dass sich das elektrisch leitfähige Element über eine möglichst große Fläche erstreckt.
Wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element kann auch eine Heizmatte sein, insbesondere ein Gewebe aus elektrischen Leitern oder dergleichen oder ein Gitter aus mehreren einzelnen Leitern, die gitterförmig angeordnet sind oder anordbar sind oder gitterförmig auf einem Träger angeordnet oder in einen Träger eingearbeitet sind.
Zum Betreiben der kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung als Sensoreinrichtung mit einem kombinierten Heiz- und Sensorelement als kapazitive Sensorelektrode kann das Heiz- und Sensorelement vorzugsweise sowohl vom ersten Pol einer zugehörigen Spannungsquelle als auch vom zweiten Pol der Spannungsquelle elektrisch getrennt werden, während es für den Betrieb als Heizeinrichtung entsprechend mit der Spannungsquelle derart elektrisch verbindbar ist, dass ein elektrischer Strom durch das elektrische Element hindurchfließen kann zur Erzeugung von Heizwärme.
Der elektrisch leitfähige Kern einer zugehörigen Lenkeingabevorrichtung, mit welchem das elektrisch leitfähige Element einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung eine Kapazität ausbilden kann, bildet dabei besonders bevorzugt eine tragende Struktur und damit insbesondere ein Skelett der Lenkeingabevorrichtung, wobei der elektrisch leitfähige Kern insbesondere Metall aufweisen kann oder aus Metall bestehen kann. Denkbar ist aber auch ein Kern aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, wobei die Leitfähigkeit beispielsweise durch entsprechende, in den Kunststoff eingebrachte, elektrisch leitfähige (Metall-)Partikel und/oder durch eine in den Kunststoff eingebettete elektrische Struktur erreicht werden kann. Alternativ kann der Kern als solches auch aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt sein und an seiner Oberfläche eine elektrisch leitfähige Struktur und/oder Beschichtung aufweisen, beispielsweise eine auf die Oberfläche aufgebrachte Elektrodenstruktur, welche insbesondere aufgeklebt sein kann.
Ist eine erfindungsgemäße Sensor- und Heizvorrichtung für eine Lenkeingabevorrichtung in Form eines Lenkrads mit einem Lenkradkranz (dem ringförmigen Bereich, welcher in der Regel den Greifbereich des Lenkrads bildet) und einem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern ausgebildet, ist das elektrisch leitfähige Element einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, mit diesem Lenkradkranzkern eine elektrische Kapazität auszubilden, mittels der und/oder mittels ihrer Änderung dann wenigstens ein erster Temperatur-Istwert bestimmt werden kann.
Die Auswerteeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung kann dabei insbesondere hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein und insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Steuereinheit mit einem oder mehreren Mikroprozessoren (CPU) und/oder einem oder mehreren Computerprogrammen oder Computerprogrammmodulen aufweisen oder ein entsprechend ausgebildeter Mikrocontroller sein. Wenigstens ein Mikrocontroller (CPU) kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass wenigstens ein Mikrocontroller die entsprechenden, erforderlichen Schritte zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Heiz- und Sensorvorrichtung ausführen kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere die Auswerteinrichtung, insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet, den bestimmten ersten Temperatur-Istwert und/oder wenigstens ein in Abhängigkeit von dem bestimmten ersten Temperatur-Istwert erzeugtes Steuersignal auszugeben, vorzugsweise zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Komponente eines Fahrzeugs, insbesondere um wenigstens eine Fahrzeugkomponente in Abhängigkeit von dem mithilfe der elektrischen Kapazität zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und dem Heiz- und/oder Sensorelement und/oder ihrer Änderung ermittelten ersten Temperatur-Istwert zu steuern und/oder zu regeln. Dies ermöglicht einen besonders effizienten, insbesondere energieeffizienten Betrieb wenigstens einer temperaturabhängig zu steuernden und/oder regelnden Fahrzeugkomponente wie beispielsweise der Heizeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere die Auswerteinrichtung, insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet, in Abhängigkeit von dem bestimmten ersten Temperatur-Istwert wenigstens ein Steuersignal zur Steuerung und/oder Regelung der Heizvorrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung eines Fahrzeugs auszugeben, insbesondere um die Heizvorrichtung und/oder die Klimatisierungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem mithilfe der elektrischen Kapazität zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und dem Heiz- und/oder Sensorelement und/oder ihrer Änderung bestimmten ersten Temperatur-Istwert zu steuern und/oder zu regeln.
Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Steuerung und/oder Regelung der Heizeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung erreicht werden. Durch die Verwendung wenigstens eines mittels der Kapazität bestimmten ersten Temperatur-Istwerts, welcher nicht wie ein mittels eines lokal platzierten Temperatursensors ermittelter Temperatur-Istwert nur eine sehr lokal begrenzte Temperatur charakterisiert, sondern eine vorzugsweise über die gesamte Lenkeingabevorrichtung hin geltenden Temperatur, welche vorzugsweise (je nach gewählter Auswertung) beispielsweise in etwa einer mittleren Temperatur entspricht, kann eine verbesserte Steuerung und/oder Regelung einer zugehörigen Fahrzeugkomponente, insbesondere der Heizeinrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung erreicht werden, insbesondere eine energieeffizientere Steuerung und/oder Regelung, beispielsweise eine Steuerung und/oder Regelung, deren Energiebedarf sich im Vorfeld besser abschätzen lässt und somit ein vorteilhaftes Energiemanagement im Energiebordnetz eines jeweiligen Fahrzeugs ermöglicht. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise intelligente Klimatisierungskonzepte umsetzen, welche beispielsweise auf einer Schätzung eines Energiebedarfs zur Erwärmung einer Umgebung der Lenkeingabevorrichtung, beispielsweise eines Fahrzeuginnenraums, auf eine Solltemperatur basieren und/oder eines Energiebedarfs zur Kühlung/Entwärmung bei Sonneneinstrahlung und beispielsweise das Anheben einer Soll-Generatorspannung und/oder eines Spannungsniveaus im Energiebordnetz vor Beginn der Erwärmung/Entwärmung beinhalten, um den geschätzten elektrischen Leistungsbedarf zum Erreichen der gewünschten Solltemperatur zunächst sicherzustellen und beispielsweise einen unerwünschten Spannungsabfall des Energiebordnetzes zu vermeiden.
Besonders bevorzugt kann mittels wenigstens eines in Abhängigkeit von wenigstens einem bestimmten ersten Temperatur-Istwert erzeugten und ausgegebenen Steuersignals insbesondere eine elektrische Leistung der Heizeinrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung und/oder einer Komponente des Energiebordnetzes, wie beispielsweise ein Generator, gesteuert und/oder geregelt werden.
Eine „Klimatisierungsvorrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei ein Vorrichtung, welche dazu ausgestaltet ist, beheizte oder gekühlte Luft in einen die Lenkeingabevorrichtung umgebenden Raum, insbesondere eine Fahrzeuginnenraum, auszugeben, vorzugsweise mithilfe wenigstens einer Gebläsevorrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sensor- und Heizvorrichtung ferner vorzugsweise zusätzlich wenigstens einen Temperatursensor auf, welcher insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet ist, wenigstens einen zweiten Temperatur-Istwert zu erfassen und insbesondere auszugeben, wobei die Auswerteinrichtung insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den bestimmten ersten Temperatur-Istwert wenigstens mithilfe des zweiten Temperatur-Istwertes zu plausibilisieren. Hierdurch können höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden, d.h. beispielsweise eine höhere ASIL-Stufe, insbesondere Sicherheitsanforderungen, welche eine redundante Temperatur-Bestimmung erfordern, auch Sicherheitsanforderungen, welche eine redundante Temperatur-Bestimmung mittels abweichender (Mess-)Methoden erfordern.
Der zusätzliche Temperatursensor kann insbesondere z.B. ein Thermoelement sein, ein NTC-Sensor oder ein PTC-Sensor, wobei der Temperatursensor vorzugsweise dazu ausgebildet ist, im Inneren der Lenkeingabevorrichtung angeordnet zu werden, beispielsweise am Kern oder knapp unterhalb einer Oberfläche der Lenkeingabevorrichtung zur Erfassung einer Oberflächentemperatur, insbesondere in einem Greifbereich. Durch eine oberflächennahe Anordnung kann beispielsweise ein zu starkes Aufheizen der Lenkeingabevorrichtung vermieden werden und infolgedessen die Gefahr von Verbrennungen einer Hand eines Fahrers reduziert bzw. vermieden werden.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere die Auswerteinrichtung dabei dazu ausgebildet den mittels der Kapazität bestimmten ersten Temperaturwert durch einen absoluten Vergleich mit dem wenigstens einen zweiten erfassten Temperatur-Istwert zu plausibilisieren. Denkbar ist aber auch, insbesondere alternativ oder zusätzlich, auch eine Plausibilisierung beispielsweise durch einen Vergleich einer Änderung des ersten Temperatur-Istwerts mit einer Änderung des zweiten Temperatur-Istwerts.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere die Auswerteinrichtung, vorzugsweise dazu ausgebildet und eingerichtet, ein örtliche Temperaturverteilung zu bestimmen, vorzugsweise innerhalb einer Lenkeingabevorrichtung oder in einer an die Lenkeingabevorrichtung angrenzenden Umgebung, und insbesondere auszugeben, wobei die Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere die Auswerteinrichtung, dazu vorzugsweise mehrere elektrisch leitfähige Elemente aufweist, insbesondere mehrere als Heiz- und/oder Sensorelemente ausgebildete elektrische Elemente, welche insbesondere jeweils verteilt in einer Lenkeingabevorrichtung anordbar sind, insbesondere über einen Greifbereich einer Lenkeingabevorrichtung verteilt, und welche vorzugsweise dazu ausgebildet und eingerichtet sind, jeweils eine elektrische Kapazität mit dem elektrisch leitfähigen Kern einer Lenkeingabevorrichtung auszubilden, wobei die Auswerteeinrichtung insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet ist, jeweils zwischen jedem der Heiz- und/oder Sensorelemente und dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung die Kapazität und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität und/oder ihrer Änderung jeweils einen zugehörigen ersten Temperatur-Istwert zu bestimmen und aus den einzelnen ersten Temperatur-Istwerten eine örtliche Temperaturverteilung zu ermitteln. Hierdurch kann mit den vorhandenen Bauteilen einer kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere ohne eine Vielzahl von Temperatursensoren vorsehen zu müssen, auf besonders einfache Art und Weise eine Temperaturverteilung in der Lenkeingabevorrichtung erfasst werden.
Grundsätzlich kann eine Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch mehrere Temperatursensoren zur Erfassung von mehreren zweiten Temperatur-Istwerten für weitere Plausibilisierungen aufweisen, welche ebenfalls vorzugsweise verteilt in einer Lenkeingabevorrichtung anordbar sind bzw. angeordnet sein können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinrichtung bevorzugt dazu ausgebildet und eingerichtet, in eine Lenkeingabevorrichtung integriert zu werden, beispielsweise bei einem Lenkrad in einem Mittenbereich wie ein Airbag. Die Auswerteinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung kann auch in eine Airbag-Steuerungsvorrichtung integriert sein trennbar mit den entsprechenden Komponenten wie insbesondere dem elektrisch leitfähigen Kern und dem elektrisch leitfähigen Element und ggf. mit einem Temperatursensor signal- und/oder energieverbunden sein.
In einer weiteren, insbesondere alternativen aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer Sensor- und Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Auswerteeinrichtung aber auch dazu ausgebildet und eingerichtet sein, in eine Vorrichtung außerhalb der Lenkeingabevorrichtung integriert zu werden, insbesondere in eine andere Steuerungsvorrichtung, vorzugsweise in eine ortsfest an einem Fahrzeugaufbau oder einer Lenksäule befestigbare Steuerungsvorrichtung, wie beispielsweise in ein Lenksäulenmodul, wobei die Auswerteeinrichtung dazu vorzugsweise über eine elektrische Verbindungseinrichtung, vorzugsweise eine Wickelfeder, mit dem wenigstens einen elektrischen Element elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht in einigen Fällen eine besonders vorteilhafte Systemarchitektur, insbesondere, wenn beispielsweise die Steuerung und/oder Regelung der Heizeinrichtung der erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung mittels einer anderen Steuerungsvorrichtung erfolgt, insbesondere mittels einer ortsfest an einem Fahrzeugaufbau oder einer Lenksäule befestigbaren Steuerungsvorrichtung, beispielsweise mittels einer in ein Lenksäulenmodul integrierten Steuerungsvorrichtung, welche mit einem zugehörigen Heizelement, insbesondere einem kombinierten Heiz- und Sensorelement, welches in diesem Fall das elektrisch leitfähige Element der erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung bildet, über eine Wickelfeder wenigstens energieverbunden ist.
Eine „Wickelfeder“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine elektrische Verbindungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein zur fahrzeugaufbauseitigen Befestigung ausgebildetes Bauteil und/oder eine zur fahrzeugaufbauseitigen Befestigung ausgebildete Baugruppe, beispielsweise einen mit einer Lenkwelle drehfest verbindbaren Stator und/oder ein Lenksäulenmodul, mit einem zur lenkradseitigen Befestigung ausgebildeten Bauteil und/oder einer zur lenkradseitigen Befestigung ausgebildeten Baugruppe, beispielsweise mit einem, mit einem Lenkrad drehfest verbindbaren Rotor und/oder mit einem in ein Lenkrad integrierbaren Lenkradmodul, elektrisch zu verbinden, insbesondere zur Signal- und/oder Energieübertragung, wobei das zur lenkradseitigen Befestigung ausgebildete Bauteil bzw. die zur lenkradseitigen Befestigung ausgebildete Baugruppe in einem funktionsgemäßen Einbauzustand in einem Fahrzeug relativ gegenüber dem zur fahrzeugaufbauseitigen Befestigung ausgebildeten Bauteil bzw. der zur fahrzeugaufbauseitigen Befestigung ausgebildeten Baugruppe beweglich ist, insbesondere drehbar, vorzugsweise um eine Drehachse einer Lenkwelle.
Eine Wickelfeder und damit eine elektrische Verbindungseinrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere elektrisch leitfähige und voneinander isolierte Leiterbahnen auf, welche in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sein können, wobei eine Wickelfeder besonders bevorzugt ein Flachleiter mit einer oder mehreren Leiterbahnebenen sein kann, wobei die Wickelfeder besonders bevorzugt dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise von einer sogenannten Wickelfeder-Kassette aufgenommen zu werden, insbesondere zumindest teilweise in einer Wickelfeder-Kassette aufgerollt zu werden. Wickelfeder und Wickelfeder Kassetten sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, auf welchen für nähere Ausführungen zur allgemeinen Funktionsweise und Ausgestaltung von Wickelfedern verwiesen wird.
Eine erfindungsgemäße Lenkeingabevorrichtung ist für ein Fahrzeug ausgebildet und weist einen elektrisch leitfähigen Kern auf, wobei eine erfindungsgemäße Lenkeingabevorrichtung insbesondere ein Lenkrad mit einem Lenkradkranz und einem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern sein kann. Ferner weist eine erfindungsgemäße Lenkeingabevorrichtung eine kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung auf mit einer Heizeinrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Greifbereichs der Lenkeingabevorrichtung, sowie mit einer kapazitiven Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung.
Eine Lenkeingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung der Lenkeingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und derart in die Lenkeingabevorrichtung integriert ist, im Fall eines Lenkrads insbesondere in den Lenkradkranz eines Lenkrads mit einem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern, dass wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element der kombinierten kapazitiven Sensor- und Heizvorrichtung mit dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung, insbesondere mit dem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern eines Lenkrads, eine elektrische Kapazität bildet.
Eine erfindungsgemäße Lenkeingabevorrichtung kann insbesondere, wie vorstehend bereits erläutert, ein Lenkrad sein, wobei in diesem Fall das Lenkrad dabei besonders bevorzugt einen metallischen, elektrisch leitfähigen, umlaufend um eine Drehachse des Lenkrads ausgebildeten Lenkradkranzkern aufweist, welcher mit dem in das Lenkrad integrierten elektrisch leitfähigen Element der erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung eine elektrische Kapazität ausbildet.
Besonders bevorzugt weist die Lenkeingabevorrichtung, insbesondere wenn sie als Lenkrad ausgebildet ist, ferner außerdem eine, insbesondere geschlossene, äußere Umhüllung auf, vorzugsweise aus Leder und/oder aus Kunststoff, vorzugsweise mit einer Greiffläche, welche sich insbesondere über nahezu die gesamte Umhüllung erstreckt. Der Detektionsbereich kann sich dabei über die gesamte Greiffläche der Lenkeingabevorrichtung oder nur über einen Teil der Greiffläche erstrecken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Lenkeingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine elektrische Element dabei in radialer Richtung zwischen einer äußeren Umhüllung der Lenkeingabevorrichtung und einem Dielektrikum angeordnet, welches besonders bevorzugt den Kern der Lenkeingabevorrichtung umgibt, insbesondere vollständig, wobei wenn die Lenkeingabevorrichtung mehrere elektrisch leitfähige Elemente aufweist, vorzugsweise sämtliche der elektrisch leitfähigen Elemente jeweils zwischen einer äußeren Umhüllung der Lenkeingabevorrichtung und dem Dielektrikum angeordnet sind. Hierdurch kann zum einen eine besonders gute Beheizung einer Oberfläche der Lenkeingabevorrichtung und/oder eine besonders genau Erkennung einer Annäherung und/oder Berührung ermöglicht werden, sowie außerdem eine besonders genaue Erfassung der Kapazität zwischen dem Kern und den elektrisch leitfähigen Elementen und damit eine genaue Bestimmung eines ersten Temperatur-Istwerts erreicht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Lenkeingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung der Lenkeingabevorrichtung insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet, wenigstens einen ersten Temperatur-Istwert zu bestimmen, der eine Temperatur der Lenkeingabevorrichtung angibt, vorzugsweise eine Ist-Temperatur im Bereich einer Oberfläche der Lenkeingabevorrichtung, insbesondere in einem Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung, oder eine Ist-Temperatur des elektrisch leitfähigen Kerns der Lenkeingabevorrichtung. Die Ermittlung des ersten Temperatur-Istwerts über die Kapazität hat dabei den Vorteil, dass der auf diese Weise bestimmte, erste Temperatur-Istwert kein nur sehr begrenzt lokal gültiger Temperatur-Istwert ist, sondern, sofern der bestimmte erste Temperatur-Istwert nicht nur mittels sich nur teilweise über einen Teil der Lenkeingabevorrichtung, insbesondere nur über einen Teil des Greifbereich erstreckenden elektrischen Elements ermittelt worden ist, repräsentativ für eine Temperatur über die gesamte Lenkeingabevorrichtung ist, insbesondere in einem Lenkradkranzkern und insbesondere einer mittleren Kerntemperatur ähnlich ist oder dieser entspricht, je nach Auswertung der Kapazität.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Lenkeingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung der Lenkeingabevorrichtung bevorzugt mehrere elektrisch leitfähige Elemente auf, welche insbesondere jeweils zur Verwendung als Heiz- und/oder kapazitives Sensorelement ausgebildet sind, wobei die elektrisch leitfähigen Elemente insbesondere verteilt in der Lenkeingabevorrichtung angeordnet sind, insbesondere über einen Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung verteilt, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, und jeweils mit dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung eine elektrische Kapazität bilden, wobei die Auswerteeinrichtung der kombinierten, kapazitiven Sensor- und Heizvorrichtung insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet ist, jeweils zwischen jedem der Heiz- und/oder Sensorelemente und dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung die Kapazität und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität und/oder ihrer Änderung jeweils einen zugehörigen ersten Temperatur-Istwert zu bestimmen und aus den einzelnen ersten Temperatur-Istwerten eine örtliche Temperaturverteilung zu ermitteln. Hierdurch kann mit den vorhandenen Bauteilen einer kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung, insbesondere ohne eine Vielzahl von Temperatursensoren vorsehen zu müssen, auf besonders einfache Art und Weise eine Temperaturverteilung in der Lenkeingabevorrichtung erfasst werden. Die Kapazität kann dabei gleichmäßig verteilt oder in einigen Bereich höher aufgelöst und in anderen geringer aufgelöst erfasst werden, insbesondere je nach Anzahl, Ausgestaltung und Anordnung der zugehörigen elektrisch leitfähigen Elemente. Die Verwendung mehrerer elektrisch leitfähiger Elemente erlaubt darüber hinaus eine ortsaufgelöste HOD (Hands-On-Off-Detektion).
Eine genauere und insbesondere ortsaufgelöste Temperaturbestimmung der Temperatur in der Lenkeingabevorrichtung ermöglicht eine gezieltere, insbesondere energieeffizientere Steuerung von wenigstens einer Fahrzeugkomponente wie beispielsweise der Heizeinrichtung zum Beheizen der Lenkeingabevorrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen einer Umgebung der Lenkeingabevorrichtung. Dies ermöglicht beispielsweise, insbesondere in Verbindung mit einer HOD (Hands-On-Detektion), nur ein definiertes Beheizen der Lenkeingabevorrichtung auf eine gewünschte Temperatur in den Bereichen, welche gerade von einem Fahrer gegriffen werden, und damit einen besonders effizienten Betrieb der Heizeinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Lenkeingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine elektrisch leitfähige Element beabstandet zum elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung angeordnet, insbesondere mit einem Dielektrikum dazwischen, wobei das Dielektrikum insbesondere eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist, als der Kern und das elektrisch leitfähige Element.
Das Dielektrikum ist insbesondere durch ein Füllmaterial gebildet, welches den Kern bevorzugt vollständig umschließt und kann insbesondere ein Kunststoff, Schaumstoff, Elastomer, Kautschuk, Holz und dergleichen aufweisen oder daraus bestehen oder aus einer Kombination daraus. Vorteilhaft ist die Wahl eines Materials, das erhöhte temperaturabhängige Permittivitätsänderungen zeigt, damit eine Änderung des Temperatur-Istwerts sich möglichst messbar auf die Kapazität auswirkt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Lenkeingabevorrichtung, insbesondere zum Erfassen wenigstens eines Temperatur-Istwerts in der Lenkeingabevorrichtung, vorzugsweise eines Temperatur-Istwerts im Bereich einer Oberfläche der Lenkeingabevorrichtung, insbesondere in einem Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung, oder eines Temperatur-Istwert des elektrisch leitfähigen Kerns der Lenkeingabevorrichtung, ist gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Erfassen einer Kapazität und/oder ihrer Änderung zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element,
b) Bestimmen wenigstens eines ersten Temperatur-Istwerts in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität und/oder ihrer Änderung.

Wenigstens ein Temperatur-Istwert wird dabei besonders bevorzugt mithilfe mindestens eines Referenzwerts bestimmt, welcher bei einer Kalibrierung der Sensor- und Heizvorrichtung für die Kapazität ermittelt worden ist.
In einer vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Sensor- und Heizvorrichtung insbesondere zu Beginn eines Betriebs und/oder zu einem oder mehreren definierten Zeitpunkten, insbesondere regelmäßig, besonders bevorzugt in definierten, sich wiederholenden Abständen, kalibriert, wobei insbesondere wenigstens ein Referenzkapazitätswert ermittelt wird, insbesondere ein einem zum Kalibrierungszeitpunkt aktuellen Kalibrierungs-Temperatur-Istwert zugeordneter Referenzkapazitätswert, wobei wenigstens ein im Rahmen einer Kalibrierung ermittelter Referenzkapazitätswert besonders bevorzugt auslesbar in einem Speicher hinterlegt wird, vorzugsweise in Form einer sogenannten „Look-Up-Tabelle“, insbesondere zusammen mit dem diesem Refrenzkapazitätswert zugeordneten „Kalibrierungs-Temperatur-Istwertes“ zur weiteren Verwendung für eine Bestimmung eines Temperatur-Istwertes der Lenkeingabevorrichtung. Dies ermöglicht eine besonders einfache Bestimmung eines ersten Temerpatur-Istwerts der Lenkeingabevorrichtung.
Der Kalibrierungs-Temperatur-Istwert kann dabei von einem der kombinierten Sensor- und Heizvorrichtung zugeordneten Temperatursensor erfasst und bereitgestellt werden, oder aber auch von jedem anderen Temperatursensor, der eine Temperatur erfasst, die eine sinnvolle Kalibrierung ermöglicht. Beispielsweise kann der Kalibrierungs-Temperatur-Istwert mittels eines einer Klimatisierungsvorrichtung zugeordneten Temperatursensors oder eines Sonneneinstrahlungssensors erfasst und/oder bestimmt und bereitgestellt werden. Weist eine erfindungsgemäße Sensor- und Heizvorrichtung einen Temperatursensor auf, insbesondere einen Temperatursensor, der zur Erfassung eines zweiten Temperatur-Istwerts ausgebildet und eingerichtet ist, wird bei einer Kalibrierung besonders bevorzugt der zweite Temperatur-Istwert jeweils als Kalibrierungs-Temperatur-Istwert einem entsprechenden, erfassten Referenzkapazitätswert zugeordnet bzw. umgekehrt.
Grundsätzlich ist auch eine Kalibrierung denkbar, insbesondere eine Vor-Kalibrierung, insbesondere eine nur einmalig durchzuführende Vor-Kalibrierung, die insbesondere vor einem Einbau einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung in eine Lenkeingabevorrichtung erfolgt und/oder vor einem Einbau einer Lenkeingabevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung und/oder vor einer Erst-Inbetriebnahme und/oder nur bei einer erstmaligen Inbetriebnahme durchgeführt wird, wobei dazu eine erfindungsgemäße Sensor- und Heizvorrichtung besonders bevorzugt auf einem Prüfstand kalibriert wird. In diesem Fall wird vorzugsweise wenigstens ein zugehöriger Kalibrierungs-Temperatur-Istwert mithilfe eines Temperatursensors des Prüftstands erfasst und bereitgestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird, vorzugsweise in einem weiteren Schritt, in Abhängigkeit von wenigstens einem bestimmten ersten Temperatur-Istwert vorzugsweise wenigstens ein Steuersignal erzeugt und insbesondere ausgeben, vorzugsweise wenigstens ein Steuersignal zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Komponente eines Fahrzeugs, insbesondere um wenigstens eine Fahrzeugkomponente in Abhängigkeit von dem mithilfe der elektrischen Kapazität zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und dem Heiz- und/oder Sensorelement und/oder ihrer Änderung wenigstens einen ermittelten ersten Temperatur-Istwert zu steuern und/oder zu regeln.
Alternativ oder zusätzlich zum Steuersignal kann auch wenigstens ein bestimmter erster Temperatur-Istwert ausgegeben werden und zur Steuerung und/oder Regelung verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere wenigstens ein, in Abhängigkeit von wenigstens einem bestimmten ersten Temperatur-Istwert, der in Abhängigkeit von der ermittelten elektrischen Kapazität und/oder ihrer Änderung zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element bestimmt worden ist, erzeugtes Steuersignal in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand der Lenkeingabevorrichtung in einem Fahrzeug zur Steuerung und/oder Regelung der Heizvorrichtung der Lenkeingabevorrichtung und/oder zur Steuerung und/oder Regelung einer Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs verwendet, wobei insbesondere eine Leistung der Heizvorrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung geregelt wird.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird, vorzugsweise in einem weiteren Schritt, vorzugsweise wenigstens ein in Abhängigkeit von der ermittelten elektrischen Kapazität und/oder ihrer Änderung zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element bestimmter erster Temperatur-Istwert mithilfe eines zweiten ermittelten Temperatur-Istwerts plausibilisiert, wobei der zweite Temperatur-Istwert vorzugsweise mithilfe eines separaten, in der Lenkeingabevorrichtung angeordneten Temperatursensors ermittelt wird oder worden ist.
Besonders bevorzugt erfolgt das Plausibilisieren dabei insbesondere durch einen Vergleich eines in Abhängigkeit von der erfassten Kapazität und/oder ihrer Änderung bestimmten ersten absoluten Temperatur-Istwerts mit wenigstens einem zweiten absoluten Temperatur-Istwert, wobei insbesondere ein Flag gesetzt werden kann „Temperaturistwert nicht plausibel“, wenn der in Abhängigkeit von der Kapazität und/oder ihrer Änderung bestimmte erste absolute Temperatur-Istwert in Kelvin um 15%, bevorzugt um 10%, besonders bevorzugt um 5% von dem zweiten, insbesondere mithilfe eines separaten Temperatursensors ermittelten zweiten absoluten Temperatur-Istwert abweicht. Denkbar ist aber auch, insbesondere alternativ oder zusätzlich, auch eine Plausibilisierung beispielsweise durch einen Vergleich einer Änderung des ersten Temperatur-Istwerts mit einer Änderung des zweiten Temperatur-Istwerts durchzuführen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann, insbesondere zusätzlich, eine Temperaturverteilung in der Lenkeingabevorrichtung ermittelt werden, wobei die Temperaturverteilung vorzugsweise mithilfe von mehreren elektrisch leitfähigen Elementen ermittelt werden kann, welche insbesondere jeweils zur Verwendung als Heiz- und/oder kapazitives Sensorelement ausgebildet sind, wobei die elektrisch leitfähigen Elemente verteilt in der Lenkeingabevorrichtung angeordnet sind, insbesondere über einen Greifbereich der Lenkeingabevorrichtung verteilt, und jeweils mit dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung eine elektrische Kapazität bilden, wobei insbesondere jeweils eine zwischen jedem der Heiz- und/oder Sensorelemente und dem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung ausgebildete Kapazität und/oder ihre Änderung ermittelt wird und in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität und/oder ihrer Änderung jeweils ein zugehöriger erster Temperatur-Istwert bestimmt wird und insbesondere aus den einzelnen, bestimmten ersten Temperatur-Istwerten eine örtliche Temperaturverteilung ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Temperaturverteilung auch mithilfe einer oder mehrerer separater Temperatursensoren ermittelt werden, wobei diese hierfür vorzugsweise entsprechend verteilt in der Lenkeingabevorrichtung angeordnet sind.
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße, kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung vorgestellten und beschriebenen, insbesondere bevorzugten Ausgestaltungen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Lenkeingabevorrichtung sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, sofern sie technisch möglich und ausführbar sind.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkeingabevorrichtung in Form eines Lenkrads mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung in einer Ansicht auf das Lenkrad aus Sicht eines Fahrers eines Fahrzeugs und
2 einen Schnitt durch den Lenkradkranz des Lenkrads aus 1.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkeingabevorrichtung 100 in Form eines drehbar um eine Lenkachse in Fahrzeug befestigbaren Lenkrads 100 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung 10 in einer Ansicht auf das Lenkrad 100 aus Sicht eines Fahrers eines Fahrzeugs. 2 zeigt einen Schnitt durch den Lenkradkranz des Lenkrads aus 1.
Dieses Lenkrad 100 weist einen Lenkradkranz 12 mit einem Greifbereich 11 und einem metallischen, elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern 14 auf. Der Lenkradkranzkern 14 ist über eine elektrische Leitung mit einer Auswerteeinrichtung 20 verbunden und von einem dielektrischen Füllmaterial 15 aus Kunststoff umgeben und vollständig umschlossen und bildet mit einer als kombiniertes Sensor- und Heizelement ausgebildeten elektrisch leitfähigen Elektrodenstruktur 16 eine elektrische Kapazität C aus, welche hier nur exemplarisch als Kondensator dargestellt ist. Ein realer Kondensator ist an dieser Stelle hingegen nicht verbaut.
Die das kombinierte Sensor- und Heizelement bildende Elektrodenstruktur 16 ist dabei durch einen elektrisch leitfähigen Draht gebildet, welcher mäanderförmig um das Füllmaterial gewickelt ist in Umfangsrichtung und sich auch in Dickenrichtung zumindest teilweise um das Füllmaterial 15 und damit auch um den Kern 14 herum erstreckt (vgl. 2). Das elektrisch leitfähige Element 16 könnte aber auch geschlossen in Dickenrichtung um den Kern 14 bzw. das Dielektrikum 15 ausgebildet sein.
Umgeben wird das elektrisch leitfähige Element 16 bzw. der ganze Lenkradkranz 12 von einer Hülle 17 aus Leder.
Das elektrisch leitfähige Element 16 bzw. das kombinierte kapazitive Sensor- und Heizelement 16 ist ebenfalls über eine elektrische Leitung mit der Auswerteeinrichtung 20 verbunden. Wird es mit einer hier nicht gezeigten Spannungsquelle derart verbunden, dass ein Strom hindurchfließt, kann das elektrisch leitfähige Element 16 Heizwärme an die Umgebung abgeben und somit auf diese Weise insbesondere eine Oberfläche des Lenkrads 100, insbesondere im Greifbereich 11, beheizen.
Wird das elektrisch leitfähige Element 16 hingegen allpolig von der Spannungsquelle getrennt, kann es als kapazitives Sensorelement genutzt werden zum Erkennen einer Annäherung eines hier nicht dargestellten kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels, wie beispielsweise einer menschlichen Hand und/oder einer Berührung des Lenkrads 100 damit, wobei mittels der Auswerteinrichtung 20 insbesondere eine kapazitive Kopplung des Sensorelements 16 mit der Umgebung des Lenkrads 100 erfasst und ausgewertet werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Auswerteinrichtung 20 dabei dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Kapazität C zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern 14 des Lenkrad 100 und dem elektrisch leitfähigen Element 16 und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von dieser ermittelten Kapazität C und/oder ihrer Änderung einen ersten Temperatur-Istwert T1 zu bestimmen.
Die Bestimmung der Kapazität C erfolgt dabei besonders bevorzugt mithilfe einer Look-Up-Tabelle, welche auslesbar in einem entsprechenden Speicher hinterlegt ist, insbesondere in der Auswerteeinrichtung, und in welcher für mehrere, definierte Kalibrierungs-Temperatur-Istwerte jeweils zugehörige Referenzkapazititätswerte hinterlegt sind, wobei die Referenzkapazitätswerte jeweils im Rahmen einer Vor-Kalibrierung der Lenkeingabevorrichtung 100 auf einem Prüfstand bestimmt worden sind.
Dieses Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkeingabevorrichtung 100 weist ferner einen Temperatursensor 18 in Form eines NTC-Elements (Heißleiters) auf, der ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung 20 elektrisch verbunden ist, insbesondere signalverbunden ist, und mit dem ein zweiter Temperatur-Istwert T2, insbesondere oberflächennah, erfasst werden kann.
Die Auswerteeinrichtung 20 ist ferner dazu ausgebildet und eingerichtet, den mithilfe der Kapazität C bestimmten ersten, absoluten Temperatur-Istwert T1 mittels des erfassten, zweiten, absoluten Temperatur-Istwerts T2 durch einen direkten Vergleich zu plausibilisieren, wobei ein Fehler ausgegeben wird, insbesondere in dem ein entsprechendes Flag gesetzt wird, wenn die Abweichung zwischen den beiden Temperatur-Istwerten T1 und T2 einen definierten Wert überschreitet, insbesondere eine Abweichung von mehr als 5% in Kelvin.
Dieses Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung 10, insbesondere deren Auswerteeinrichtung 20, ist ferner dazu ausgebildet und eingerichtet, aus dem bestimmten, ersten Temperatur-Istwert T1, insbesondere dem plausibilisierten ersten Temperatur-Istwert T1, ein Steuersignal S1 zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Fahrzeugkomponente zu erzeugen und auszugeben, insbesondere an eine zugehörige Steuerungsvorrichtung 30, bei welcher es sich in diesem Fall um die Steuerungsvorrichtung 30 einer Klimatisierungsvorrichtung handelt.
In diesem Fall kann außerdem auch der bestimmte erste Temperatur-Istwert T1 an die Steuerungsvorrichtung 30 ausgegeben werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung ist die Auswertungseinrichtung 20 dabei zur Anordnung beziehungsweise Integration in die Lenkeingabevorrichtung 100 ausgebildet, insbesondere zur Integration und Anordnung in einem Mittenbereich 13 des Lenkrads 100, während die Steuerungsvorrichtung 30 der Klimatisierungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, fahrzeugaufbauseitig, beispielsweise in einem Lenksäulenmodul oder im Bereich einer Instrumententafel oder einer Mittelkonsole eines Fahrzeugs angeordnet zu werden, wobei die Auswerteeinrichtung 20 und die Steuerungsvorrichtung 30 dabei insbesondere über eine hier nicht näher bezeichnete elektrische Verbindungseinrichtung miteinander elektrisch verbunden sind, wenigstens signalverbunden, insbesondere auch energieverbunden, wobei die elektrische Verbindungseinrichtung insbesondere abschnittsweise auch eine Wickelfeder sein kann.
Die Klimatisierungsvorrichtung kann dabei unter anderem mithilfe des ersten Temperatur-Istwerts T1 und mithilfe des Steuersignals S1 gesteuert bzw. geregelt werden.
Statt wie bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, kann eine erfindungsgemäße Sensor- und Heizvorrichtung 10 auch mehrere elektrisch leitfähige Elemente 16 statt nur einem aufweisen. Dies ermöglicht eine ortsaufgelöste Hands-On-Off-Detektion sowie eine ortsaufgelöste Bestimmung von verschiedenen ersten Temperatur-Istwerten in Abhängigkeit von einer erfassten Kapazität und damit die Ermittlung einer Temperaturverteilung. Ebenso können auch ein oder mehrere weitere Temperatursensoren 18 vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

100: Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkeingabevorrichtung in Form eines Lenkrads
10: Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung
11: Greifbereich
12: Lenkradkranz
13: Mittenbereich des Lenkrads
14: elektrisch leitfähiger Kern (Lenkradkranzkern)
15: Dielektrikum
16: elektrisch leitfähiges Element (ausgebildet als Heizelement und kapazitives Sensorelement)
17: Lenkradumhüllung (Leder)
18: separater Temperatursensor (NTC-Element)
20: Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Sensor- und Heizvorrichtung
30: Steuerungsvorrichtung einer Fahrzeugkomponente (Klimatisierungsvorrichtung)
C: elektrische Kapazität zwischen dem Lenkradkranzkern und dem elektrisch leitfähigen Heiz- und Sensorelement
T1: erster Temperatur-Istwert
T2: zweiter Temperatur-Istwert
S1: Steuersignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2017/0129499 A1 [0004]
US 2013/0009654 A1 [0004]

Claims

Kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung (10) für eine Lenkeingabevorrichtung (100), insbesondere für ein Lenkrad (100), eines Fahrzeugs mit einer Heizeinrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Greifbereichs (11) einer Lenkeingabevorrichtung (100), und mit einer kapazitiven Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich (11) der Lenkeingabevorrichtung (100), wobei die Sensor- und Heizvorrichtung wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element (16) aufweist, das zur Verwendung als Heiz- und/oder kapazitives Sensorelement (16) ausgebildet ist und das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Lenkeingabevorrichtung (100) mit einem elektrisch leitfähigen Kern (14) integriert zu werden, und das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, mit dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) eine elektrische Kapazität (C) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Heizvorrichtung (10) ferner eine Auswerteeinrichtung (20) aufweist, welche dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in einem in eine Lenkeingabevorrichtung (100) integrierten, funktionsgemäßen Verwendungszustand der Sensor- und Heizvorrichtung (10) die Kapazität (C) zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element (16) und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von dieser ermittelten Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung einen ersten Temperatur-Istwert (T1) zu bestimmen.
Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Heizvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, zu Beginn eines Betriebs und/oder zu einem oder mehreren definierten Zeitpunkten kalibriert zu werden, wobei bei einer Kalibrierung insbesondere wenigstens ein Referenzkapazitätswert ermittelbar ist, insbesondere ein einem zum Kalibrierungszeitpunkt aktuellen Kalibrierungs-Temperatur-Istwert zuordbarer oder zugeordneter Referenzkapazitätswert, wobei vorzugsweise wenigstens ein im Rahmen einer Kalibrierung ermittelter Referenzkapazitätswert auslesbar in einem Speicher hinterlegbar ist zur weiteren Verwendung für eine Bestimmung eines ersten Temperatur-Istwertes (T1) der Lenkeingabevorrichtung.
Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Sensor- und Heizvorrichtung (10), insbesondere die Auswerteinrichtung (20), dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den bestimmten ersten Temperatur-Istwert (T1) und/oder wenigstens ein in Abhängigkeit von dem bestimmten ersten Temperatur-Istwert (T1) erzeugtes Steuersignal (S1) auszugeben, vorzugsweise zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Komponente eines Fahrzeugs (30).
Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Heizvorrichtung (10), insbesondere die Auswerteinrichtung (20), dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem bestimmten ersten Temperatur-Istwert (T1) wenigstens ein Steuersignal (S1) zur Steuerung und/oder Regelung der Heizvorrichtung und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung (30) eines Fahrzeugs auszugeben.
Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Heizvorrichtung (10) ferner zusätzlich wenigstens einen Temperatursensor (18) aufweist, welcher dazu ausgebildet und eingerichtet ist, wenigstens einen zweiten Temperatur-Istwert (T2) zu erfassen und insbesondere auszugeben, wobei die Auswerteinrichtung (20) insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den bestimmten ersten Temperatur-Istwert (T1) wenigstens mithilfe des zweiten Temperatur-Istwertes (T2) zu plausibilisieren.
Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Heizvorrichtung (10), insbesondere die Auswerteinrichtung (20), dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein örtliche Temperaturverteilung zu bestimmen, wobei die Sensor- und Heizvorrichtung (10) dazu mehrere elektrisch leitfähige Elemente (16) aufweist, welche jeweils verteilt in einer Lenkeingabevorrichtung (100) anordbar sind, und welche dazu ausgebildet und eingerichtet sind, jeweils eine elektrische Kapazität (C) mit dem elektrisch leitfähigen Kern (14) einer Lenkeingabevorrichtung (100) auszubilden, wobei die Auswerteeinrichtung (20) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, jeweils zwischen jedem der Heiz- und/oder Sensorelemente (16) und dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) die Kapazität (C) und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung jeweils einen zugehörigen ersten Temperatur-Istwert (T1) zu bestimmen und aus den einzelnen ersten Temperatur-Istwerten (T1) eine örtliche Temperaturverteilung zu ermitteln.
Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (20) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Lenkeingabevorrichtung (100) integriert zu werden.
Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (20) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Vorrichtung außerhalb der Lenkeingabevorrichtung (100) integriert zu werden, insbesondere in eine andere Steuerungsvorrichtung (30), vorzugsweise in eine ortsfest an einem Fahrzeugaufbau oder einer Lenksäule befestigbare Steuerungsvorrichtung (30), wobei die Auswerteeinrichtung (20) dazu vorzugsweise über eine Wickelfeder mit dem wenigstens einen elektrischen Element (16) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
Lenkeingabevorrichtung (100) mit einem elektrisch leitfähigen Kern (14) für ein Fahrzeug, insbesondere Lenkrad (100) mit einem Lenkradkranz (12) und einem elektrisch leitfähigen Lenkradkranzkern (14), wobei die Lenkeingabevorrichtung (100) eine kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung (10) aufweist mit einer Heizeinrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Greifbereichs (11) der Lenkeingabevorrichtung (100), sowie mit einer kapazitiven Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit eines kapazitiv wirksamen Betätigungsmittels in einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung, insbesondere zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich (11) der Lenkeingabevorrichtung (100), dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist und derart in die Lenkeingabevorrichtung (100) integriert ist, dass wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element (16) der kombinierten kapazitiven Sensor- und Heizvorrichtung (10) mit dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung eine elektrische Kapazität (C) bildet.
Lenkeingabevorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung (10) der Lenkeingabevorrichtung (100) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, wenigstens einen ersten Temperatur-Istwert (T1) zu bestimmen, der eine Temperatur der Lenkeingabevorrichtung (100) angibt, vorzugsweise eine Ist-Temperatur im Bereich einer Oberfläche der Lenkeingabevorrichtung (100), insbesondere in einem Greifbereich (11) der Lenkeingabevorrichtung, oder eine Ist-Temperatur des elektrisch leitfähigen Kerns (14) der Lenkeingabevorrichtung (100).
Lenkeingabevorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung (10) der Lenkeingabevorrichtung mehrere elektrisch leitfähige Elemente (16) aufweist, welche jeweils zur Verwendung als Heiz- und/oder kapazitives Sensorelement (16) ausgebildet sind, wobei die elektrisch leitfähigen Elemente (16) verteilt in der Lenkeingabevorrichtung (100) angeordnet sind und jeweils mit dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung eine elektrische Kapazität (C) bilden, wobei die Auswerteeinrichtung (20) der kombinierten, kapazitiven Sensor- und Heizvorrichtung (10) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, jeweils zwischen jedem der Heiz- und/oder Sensorelemente (16) und dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung die Kapazität (C) und/oder eine Änderung dieser zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung jeweils einen zugehörigen ersten Temperatur-Istwert (T1) zu bestimmen und aus den einzelnen ersten Temperatur-Istwerten (T1) eine örtliche Temperaturverteilung zu ermitteln.
Verfahren zum Betrieb einer Lenkeingabevorrichtung (100), die nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet ist, insbesondere zum Erfassen wenigstens eines Temperatur-Istwerts (T1, T2) in der Lenkeingabevorrichtung (100), vorzugsweise eines Temperatur-Istwerts (T2) im Bereich einer Oberfläche der Lenkeingabevorrichtung (100), insbesondere in einem Greifbereich (11) der Lenkeingabevorrichtung (100), oder eines Temperatur-Istwerts (T1) des elektrisch leitfähigen Kerns (14) der Lenkeingabevorrichtung (100), gekennzeichnet durch die Schritte: c) Erfassen einer Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element (16), d) Bestimmen wenigstens eines ersten Temperatur-Istwerts (T1) in Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise in einem weiteren Schritt, in Abhängigkeit von wenigstens einem bestimmten ersten Temperatur-Istwert (T1) wenigstens ein Steuersignal (S1) erzeugt und vorzugsweise ausgeben wird, insbesondere wenigstens ein Steuersignal (S1) zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Komponente eines Fahrzeugs (30).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein, in Abhängigkeit von wenigstens einem bestimmten ersten Temperatur-Istwert (T1), der in Abhängigkeit von der ermittelten elektrischen Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element (16) bestimmt worden ist, erzeugtes Steuersignal (S1) in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand der Lenkeingabevorrichtung (100) in einem Fahrzeug zur Steuerung und/oder Regelung der Heizvorrichtung der Lenkeingabevorrichtung (100) und/oder zur Steuerung und/oder Regelung einer Klimatisierungsvorrichtung (30) des Fahrzeugs verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise in einem weiteren Schritt, wenigstens ein in Abhängigkeit von der ermittelten elektrischen Kapazität (C) und/oder ihrer Änderung zwischen dem elektrisch leitfähigen Kern (14) der Lenkeingabevorrichtung (100) und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element (16) bestimmter erster Temperatur-Istwert (T19 mithilfe eines zweiten ermittelten Temperatur-Istwerts (T2) plausibilisiert wird, wobei der zweite Temperatur-Istwert (T2) vorzugsweise mithilfe eines separaten, in der Lenkeingabevorrichtung (100) angeordneten Temperatursensors (18) ermittelt wird oder worden ist.