DE102021113536A1

DE102021113536A1 - Lenkrad-Griffsensor und Griff-Erfassungsverfahren

Info

Publication number: DE102021113536A1
Application number: DE102021113536.2A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Nozoe
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Automotive Systems Co Ltd
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2021-12-02
Also published as: US20210371000A1; US11794800B2

Abstract

[Aufgabe]Bereitstellung eines Lenkrad-Griffsensors, der die Verschlechterung einer Erfassungsgenauigkeit reduziert und die Erfassungsgenauigkeit verbessert.[Mittel zum Lösen der Aufgabe]Ein Lenkrad-Griffsensor (100) umfasst: eine angesteuerte Elektrode (113), die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrades erstreckt; eine Sensorelektrode (112), die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode (113) gegenüberliegt; einen Sinuswellengenerator (41), der eine Sinusspannung der angesteuerten Elektrode (113) zuführt; einen Ladungsverstärker (44), der ein kapazitives Rückkopplungselement (C11) umfasst, eine Änderung einer Ladungsmenge erfasst, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode (112) erzeugt wird, und die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung ausgibt; einen Multiplikationsprozessor (52), der die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers (44) multipliziert; einen Integrator (54), der mittels Integration ein Ergebnis der Multiplikation vom Multiplikationsprozessor (52) glättet; und einen Griff-Ermittler (56), der entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses ermittelt, ob das Lenkrad gegriffen wird.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Lenkrad-Griffsensor und ein Griff-Erfassungsverfahren zur Erfassung der Berührung einer menschlichen Hand an einem Lenkrad.
[Stand der Technik]
Die Patentliteratur (PTL) 1 offenbart ein kapazitives Insassenerfassungssystem, das die Annäherungskapazität eines menschlichen Körpers erfasst.
[Zitierliste]
[Patentliteratur]
[PTL 1] US-Patent Nr. 7656169
[Kurzfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
In PTL 1 besteht jedoch das Problem, dass sich die Erfassungsgenauigkeit aufgrund eines Schaltvorgangs in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal, einer Frequenzänderung eines Ansteuersignals und eines Einflusses von Störsignalen (Rauschen) verschlechtert.
In Anbetracht dessen schafft die vorliegende Offenbarung einen Lenkrad-Griffsensor und ein Griff-Erfassungsverfahren, um die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit, die durch Frequenzänderungen und einen Einfluss von Störsignalen (Rauschen) verursacht wird, zu verringern und die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern.
Ein Lenkrad-Griffsensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine angesteuerte Elektrode, die einen Kranz eines Lenkrads bedeckt; eine Sensorelektrode, die die angesteuerte Elektrode bedeckt; einen Sinuswellengenerator, der eine Sinusspannung der angesteuerten Elektrode zuführt; einen Ladungsverstärker, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst und in der Sensorelektrode erzeugte Ladung erfasst; einen Multiplikationsprozessor, der die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers multipliziert; einen Integrator, der mittels Integration ein Ergebnis der Multiplikation vom Multiplikationsprozessor glättet; und einen Griff-Ermittler, der entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses ermittelt, ob das Lenkrad gegriffen wird.
Ein Griff-Erfassungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Griff-Erfassungsverfahren zur Verwendung in einem Lenkrad-Griffsensor, der eine angesteuerte Elektrode, die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrades erstreckt, und eine Sensorelektrode, die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode gegenüberliegt, umfasst, wobei das Griff-Erfassungsverfahren umfasst: Zuführen einer Sinusspannung zu der angesteuerten Elektrode; Erfassen einer Änderung einer Ladungsmenge, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode erzeugt wird, mittels eines Ladungsverstärkers, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst; Erzeugen einer Ausgangsspannung durch den Ladungsverstärker, die sich entsprechend der Änderung der erfassten Ladungsmenge ändert; Multiplizieren der Sinusspannung mit der vom Ladungsverstärker erzeugten Ausgangsspannung; Glätten eines Ergebnisses der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung mittels Integration; und Ermitteln, ob das Lenkrad gegriffen wird, entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Ein Lenkrad-Griffsensor und ein Griff-Erfassungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung reduzieren die Verschlechterung der Genauigkeit, die durch Frequenzänderungen und den Einfluss von Störsignalen verursacht wird, und verbessern die Erfassungsgenauigkeit.
Figurenliste

1 zeigt ein Beispiel für eine Innenausstattung eines Fahrzeugs, in dem ein Lenkrad-Griffsensor gemäß Ausführungsform 1 angeordnet ist.
2 zeigt ein Beispiel für das Anbringen einer Lenkradabdeckung des Lenkrad-Griffsensors gemäß Ausführungsform 1 an einem Kranz.
3 zeigt ein Beispiel für eine Querschnittskonfiguration der Lenkradabdeckung in Ausführungsform 1.
4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Lenkrad-Griffsensors gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5 ist ein erklärendes Schaubild für einen Betrieb eines Sensors gemäß einem Vergleichsbeispiel im Vergleich zu dem Lenkrad-Griffsensor gemäß Ausführungsform 1.
6 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration eines Lenkrad-Griffsensors gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
7 ist ein erklärendes Schaubild für eine Fehlerermittlung in Ausführungsform 2.
8 zeigt verschiedene Wellenformen zum Zeitpunkt der Fehlerermittlung in Ausführungsform 2.
9 ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Lenkrad-Griffsensors gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
10 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration eines Lenkrad-Griffsensors gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
11 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration eines Lenkrad-Griffsensors gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
12 zeigt ein Beispiel für eine Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx des Lenkrad-Griffsensors gemäß Ausführungsform 4.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
(Wissen, das der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegt)
Die Erfinder haben festgestellt, dass das kapazitive Insassenerfassungssystem gemäß PTL 1, das im Abschnitt „Stand der Technik“ angegeben ist, folgende Probleme aufweist.
Erstens ist in PTL 1 ein Schaltvorgang bei der synchronen Erfassung eines Sensorsignals erforderlich, und wenn sich daher die Anstiegsrate der Flankenkomponenten eines Steuersignals zur Steuerung des Schaltens verschlechtert, treten Verzerrungen und eine Erfassungsphasenverschiebung in einem Signal auf, das einer synchronen Erfassung unterzogen wurde, was zu dem Problem führt, dass sich die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert.
Zweitens, da die Empfindlichkeit eines Sensorsignals von der Frequenz eines Sinussignals abhängt, besteht das Problem, dass sich die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert, wenn in einem Ansteuersignal Frequenzänderungen auftreten.
Drittens hat das kapazitive Insassenerfassungssystem die Frequenzcharakteristik, dass der Pegel eines Sensorsignals mit zunehmender Frequenz eines Ansteuersignals ansteigt, und somit besteht das Problem, dass sich die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert, wenn die Frequenz von exogenen Hochfrequenzstörsignalen höher ist.
In Anbetracht dessen schafft die vorliegende Offenbarung einen Lenkrad-Griffsensor und ein Griff-Erfassungsverfahren, um die Verschlechterung der Genauigkeit, die beispielsweise durch Frequenzänderungen und den Einfluss von Störsignalen verursacht wird, zu reduzieren und die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern.
Um solche Probleme zu lösen, umfasst ein Lenkrad-Griffsensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung: eine angesteuerte Elektrode, die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrads erstreckt; eine Sensorelektrode, die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode gegenüberliegt; einen Sinuswellengenerator, der eine Sinusspannung der angesteuerten Elektrode zuführt; einen Ladungsverstärker, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst, eine Änderung einer Ladungsmenge erfasst, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode erzeugt wird, und die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung ausgibt; einen Multiplikationsprozessor, der die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers multipliziert; einen Integrator, der mittels Integration ein Ergebnis der Multiplikation vom Multiplikationsprozessor glättet; und einen Griff-Ermittler, der entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses ermittelt, ob das Lenkrad gegriffen wird.
Dementsprechend können beispielsweise die Verschlechterung der Genauigkeit aufgrund von Frequenzänderungen und Einfluss von Störsignalen reduziert und die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden. Genauer sind erstens die Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers und die Sinusspannung als Ansteuersignal in Phase, d.h. sie weisen keine Phasendifferenz auf, und der Multiplikationsprozessor erfasst die Kapazität in Abhängigkeit davon, ob das Lenkrad gegriffen wird, mittels Produkterfassung. Dementsprechend ist der Schaltvorgang, wie er in der herkömmlichen Technik erforderlich ist, unnötig, wobei Phasenverschiebung und Signalverzerrung durch Umschalten verhindert werden können, die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit reduziert werden kann und die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden kann. Zweitens hängt die Empfindlichkeit einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers nicht von der Frequenz einer Sinusspannung als Ansteuersignal ab, so dass selbst bei Auftreten einer Frequenzänderung in einem Sinussignal eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit verhindert werden kann. Drittens hängt die Größe einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers nicht von der Frequenz einer Sinusspannung als Ansteuersignal ab, und somit kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit aufgrund von exogenen Hochfrequenzstörsignalen reduziert werden.
Hierbei kann der Ladungsverstärker umfassen: einen ersten Eingangsanschluss, der die Sinusspannung empfängt; einen zweiten Eingangsanschluss, der mit der Sensorelektrode verbunden ist; einen Ausgangsanschluss; wobei das kapazitive Rückkopplungselement zwischen dem Ausgangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss angeschlossen ist; und einen Operationsverstärker, der mit dem ersten Eingangsanschluss, dem zweiten Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss verbunden ist, wobei der Ladungsverstärker die durch den Ausgangsanschluss ausgegebene Sinusspannung über das kapazitive Rückkopplungselement der Sensorelektrode zuführen kann.
Dementsprechend umfasst der Ladungsverstärker das kapazitive Rückkopplungselement und gibt somit eine Änderung der in der Sensorelektrode erzeugten Ladungsmenge als Änderung einer Spannung aus. Der Ladungsverstärker kann aus einem Universal-Operationsverstärker mit zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss konfiguriert sein, was die Schaltungskosten reduziert.
Hierbei kann der Sinuswellengenerator ein Rechteckwellensignal empfangen und die Sinusspannung in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal erzeugen.
Dementsprechend ist es nicht notwendig, einen Quarzoszillator einzubauen, so dass die Schaltungskosten reduziert werden können.
Hierbei kann der Ladungsverstärker einen Tiefpassfilter enthalten, der parallel zu dem kapazitiven Rückkopplungselement angeschlossen ist, und der Tiefpassfilter kann ein Signal mit einer Frequenz niedriger als die Frequenz der Sinusspannung durchlassen.
Dementsprechend ist die Ausgangsspannung durch den Ausgangsanschluss, die die Kapazität in Abhängigkeit davon anzeigt, ob das Lenkrad gegriffen wird, in Phase mit der Sinusspannung, und gleichzeitig weist ein Signal, das eine Widerstandskomponente wie beispielsweise eine Leckage durch den Ausgangsanschluss anzeigt, eine Phasenverschiebung von 90 Grad gegenüber der Sinusspannung auf. Die Multiplikation mittels des Multiplikationsprozessors löscht das letztgenannte Signal aus, so dass sich die Störgrößenresistenz- und Störsignalresistenzeigenschaften verbessern.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: einen Speicher; einen ersten Analog-Digital-(AD)-Wandler, der eine AD-Wandlung (Analog-zu-Digital-Wandlung) der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als erste digitale Daten in dem Speicher speichert; und einen zweiten AD-Wandler, der eine AD-Wandlung der Sinusspannung des Sinuswellengenerators in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als zweite digitale Daten in dem Speicher speichert. Der Multiplikationsprozessor kann eine Verarbeitung zur Mittelung jeweils einer durch die ersten digitalen Daten angegebenen Wellenform und einer durch die zweiten digitalen Daten angegebenen Wellenform durchführen und die ersten gemittelten digitalen Daten mit den zweiten gemittelten digitalen Daten multiplizieren.
Dementsprechend kann die AD-Wandlung und Multiplikation äußerst genau durchgeführt werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: einen Speicher; einen ersten Analog-Digital-(AD)-Wandler, der eine AD-Wandlung der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als erste digitale Daten in dem Speicher speichert; und einen zweiten AD-Wandler, der eine AD-Wandlung der Sinusspannung des Sinuswellengenerators in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als zweite digitale Daten in dem Speicher speichert. Der Multiplikationsprozessor kann die ersten digitalen Daten mit den zweiten digitalen Daten multiplizieren und eine Verarbeitung zur Mittelung einer Wellenform durchführen, die durch digitale Daten angegeben wird, die aus der Multiplikation der ersten digitalen Daten mit den zweiten digitalen Daten resultieren.
Im Vergleich zu dem Fall, in dem die Mittelung vor der Multiplikation durchgeführt wird, ist dementsprechend die im Speicher gespeicherte Datenmenge geringer und der Rechenaufwand kann verringert werden.
Hierbei kann das Rechteckwellensignal auf eine von wenigstens drei Frequenzen umgeschaltet werden, wobei der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler für jede der wenigstens drei Frequenzen die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten in dem Speicher speichern können.
Dadurch wird vermieden, dass erste und zweite digitale Daten verwendet werden, die der von Störsignalen beeinflussten Frequenz entsprechen, und es können erste und zweite digitale Daten verwendet werden, die einer anderen Frequenz entsprechen. Außerdem kann ein Frequenzsprungverfahren durchgeführt werden, um Störsignale zu vermeiden.
Hierbei können der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens zwei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen.
Dementsprechend kann die Erfassungsgenauigkeit im Vergleich zu einer AD-Wandlung, die in Einheiten von einem Zyklus durchgeführt wird, verbessert werden.
Hierbei können der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens drei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen, und der Multiplikationsprozessor kann Abschnitte der ersten digitalen Daten, die verschiedenen der wenigstens drei Zyklen der Wellenform entsprechen, vergleichen und einen der Abschnitte der ersten digitalen Daten mit einem am weitesten entfernten Wert verwerfen.
Dementsprechend kann beispielsweise ein Abschnitt der digitalen Daten, der einem Zyklus entspricht, der durch Störsignale beeinträchtigt ist, verworfen werden, wodurch die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.
Hierbei können der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens drei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen, und der Multiplikationsprozessor kann für jeden der wenigstens drei Zyklen der Wellenform einen Mittelwert und eine Abweichung eines Abschnitts der ersten digitalen Daten, der dem Zyklus entspricht, berechnen und den Abschnitt der ersten digitalen Daten, der dem Zyklus entspricht, verwerfen, wenn die Abweichung größer oder gleich einem Schwellenwert ist.
Dementsprechend kann ein Abschnitt der Daten, der einem Zyklus entspricht, der Störsignale enthält, verworfen werden, wodurch die Störsignalresistenz und die Genauigkeit erhöht werden können.
Hierbei kann der Multiplikationsprozessor eine Frequenz des Rechteckwellensignals ändern, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen, für die die Abweichung größer oder gleich dem Schwellenwert ist, in einer fortlaufenden Folge auftritt.
Dementsprechend kann bei fortlaufendem Auftreten von Störsignalen der Einfluss von Störsignalen durch Ändern der Frequenzen eines Rechteckwellensignals und einer Sinusspannung reduziert werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: eine Überwachungsvorrichtung, die überwacht, ob ein Fehler aufgetreten ist; und einen Dämpfungsschalter, der die Sinusspannung dämpft oder verstärkt. Die Überwachungsvorrichtung kann einen gewöhnlichen Überwachungsmodus aufweisen, in dem der Dämpfungsschalter die Sinusspannung nicht dämpft oder verstärkt, und einen temporären Überwachungsmodus, in dem der Dämpfungsschalter die Sinusspannung dämpft oder verstärkt. Im gewöhnlichen Überwachungsmodus kann die Überwachungsvorrichtung überwachen, ob wenigstens ein Masseschluss der angesteuerten Elektrode und/oder ein Masseschluss der Sensorelektrode aufgetreten ist, und im temporären Überwachungsmodus kann die Überwachungsvorrichtung überwachen, ob wenigstens ein Bruch der angesteuerten Elektrode und/oder ein Bruch der Sensorelektrode und/oder ein Kurzschluss zwischen der angesteuerten Elektrode und der Sensorelektrode aufgetreten ist.
Hierbei kann die Überwachungsvorrichtung einen Dämpfungsfaktor und einen Verstärkungsfaktor des Dämpfungsschalters steuern.
Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit des Lenkrad-Griffsensors durch Steuern eines Dämpfungsfaktors und eines Verstärkungsfaktors festgelegt werden. Außerdem können ein Dämpfungsfaktor und ein Verstärkungsfaktor entsprechend den Variationen der einzelnen Lenkrad-Griffsensoren in geeigneter Weise bestimmt werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: eine Korrekturvorrichtung, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung einer in der Sensorelektrode erzeugten Ladungsmenge zu reduzieren, wobei die Änderung durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird. Der Multiplikationsprozessor kann ferner: eine Phase der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers um 90 Grad verschieben; die Sinusspannung mit der verschobenen Ausgangsspannung multiplizieren; und als einen Index der Umgebungsveränderung ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der verschobenen Ausgangsspannung an die Korrekturvorrichtung ausgeben.
Wenn dementsprechend beispielsweise der Widerstand eines Isolators, der die Sensorelektrode bedeckt, die Eigenschaft hat, sich in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit zu verändern, kann die Erfassungsgenauigkeit durch eine Korrekturverarbeitung zur Reduzierung dieser Veränderung verbessert werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: einen weiteren Ladungsverstärker, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst, eine Änderung einer in der angesteuerten Elektrode erzeugten Ladungsmenge erfasst und die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung ausgibt, wobei die Änderung der Ladungsmenge durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird; und eine Korrekturvorrichtung, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung der in der angesteuerten Elektrode erzeugten Ladungsmenge zu reduzieren, wobei die Änderung durch die Umgebungsveränderung verursacht wird. Der Multiplikationsprozessor kann ferner: die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des weiteren Ladungsverstärker multiplizieren; und als einen Index (Hinweis) der Umgebungsveränderung ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung an die Korrekturvorrichtung ausgeben.
Wenn dementsprechend beispielsweise die Kapazität eines Isolators, der in Kontakt mit der angesteuerten Elektrode steht, die Eigenschaft hat, sich in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit oder Temperatur zu verändern, kann die Erfassungsgenauigkeit durch eine Korrekturverarbeitung zur Reduzierung dieser Veränderung verbessert werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: einen Stromverstärker, der ein resistives Rückkopplungselement umfasst und eine Änderung eines in der angesteuerten Elektrode erzeugten Stroms als eine Änderung einer Spannung ausgibt; und eine Korrekturvorrichtung, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung des in der angesteuerten Elektrode erzeugten Stroms zu reduzieren, wobei die Änderung durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird. Der Multiplikationsprozessor kann ferner die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des Stromverstärkers multiplizieren und ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung als einen Index der Umgebungsveränderung an die Korrekturvorrichtung ausgeben.
Wenn dementsprechend beispielsweise der Widerstand eines Isolators in Kontakt mit der angesteuerten Elektrode die Eigenschaft hat, sich in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit oder Temperatur zu verändern, kann die Erfassungsgenauigkeit durch eine Korrekturverarbeitung zur Verringerung dieser Veränderung verbessert werden.
Hierbei kann der Tiefpassfilter umfassen: ein erstes Widerstandselement (resistives Element); ein zweites Widerstandselement, das in Reihe mit dem ersten Widerstandselement angeschlossen ist; ein erstes kapazitives Element, das mit einem Verbindungspunkt des ersten Widerstandselements und des zweiten Widerstandselements verbunden ist; und ein drittes Widerstandselement, das in Reihe mit dem ersten kapazitiven Element angeschlossen ist.
Dementsprechend kann eine Sättigung durch Begrenzung der Verstärkung des Ladungsverstärkers verhindert werden. Außerdem ist ein dritter Widerstand so eingefügt, dass die Spitze der Verstärkung bei einer bestimmten Frequenz (einer Grenzfrequenz) abgesenkt werden kann.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: eine Ladungsversorgungsschaltung, die in einem Betriebsmodus zur Fehlerüberwachung dem Ladungsverstärker eine vorbestimmte Ladungsmenge zuführt. Die Überwachungsvorrichtung kann überwachen, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers normal ist, basierend auf einer Ausgabe des Ladungsverstärkers, wenn von der Ladungsversorgungsschaltung keine Ladung zugeführt wird, und auf einer Ausgabe des Ladungsverstärkers, wenn von der Ladungsversorgungsschaltung Ladung zugeführt wird.
Dementsprechend kann die Überwachungsvorrichtung überwachen, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers normal ist. Ferner kann die Überwachungsvorrichtung überwachen, ob der Betrieb des Differenzverstärkers normal ist.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor ferner umfassen: einen variablen Widerstand, der zwischen Masse und einem Verbindungspunkt der Sensorelektrode und des Ladungsverstärkers vorgesehen ist.
Dementsprechend ermöglicht der variable Widerstand eine Korrektur, um die Veränderungen (Schwankungen) im Betrieb zu reduzieren, die durch eine Umgebungsveränderung des Lenkrad-Griffsensors verursacht werden, wie beispielsweise eine Änderung der Temperatur oder der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit.
Ein Griff-Erfassungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Griff-Erfassungsverfahren zur Verwendung in einem Lenkrad-Griffsensor, der eine angesteuerte Elektrode, die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrades erstreckt, und eine Sensorelektrode, die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode gegenüberliegt, umfasst, wobei das Griff-Erfassungsverfahren umfasst: Zuführen einer Sinusspannung zu der angesteuerten Elektrode; Erfassen einer Änderung einer Ladungsmenge, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode erzeugt wird, mittels eines Ladungsverstärkers, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst; Erzeugen einer Ausgangsspannung durch den Ladungsverstärker, die sich entsprechend der Änderung der erfassten Ladungsmenge ändert; Multiplizieren der Sinusspannung mit der vom Ladungsverstärker erzeugten Ausgangsspannung; Glätten eines Ergebnisses der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung mittels Integration; und Ermitteln, ob das Lenkrad gegriffen wird, entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses.
Dementsprechend kann die Verschlechterung der Genauigkeit beispielsweise aufgrund von Frequenzänderungen und Einfluss von Störsignalen reduziert werden, und die Erfassungsgenauigkeit kann verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass diese allgemeinen und spezifischen Aspekte unter Verwendung eines Systems, eines Verfahrens, einer integrierten Schaltung, eines Computerprogramms, eines computerlesbaren Aufzeichnungsmediums wie einer CD-ROM oder einer beliebigen Kombination von Systemen, Verfahren, integrierten Schaltungen, Computerprogrammen und Aufzeichnungsmedien implementiert werden können.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsformen ausführlicher beschrieben.
Es ist zu beachten, dass die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen jeweils ein allgemeines oder spezifisches Beispiel angeben. Die beispielsweise in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen Zahlenwerte, Formen, Materialien, Elemente, die Anordnung und Verbindung der Elemente, Schritte und die Verarbeitungsreihenfolge der Schritte sind nur Beispiele und sollen daher die vorliegende Offenbarung nicht einschränken.
[Ausführungsform 1]
[Erscheinungsbild des Lenkrad-Griffsensors 100]
1 zeigt ein Beispiel für eine Innenausstattung eines Fahrzeugs 1, in dem ein Lenkrad-Griffsensor 100 gemäß einer Ausführungsform angeordnet ist.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Fahrzeug 1 ein Lenkrad 3, einen Lautsprecher und eine Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige. Der Lautsprecher und die Anzeigevorrichtung sind beispielsweise als Warnvorrichtung konfiguriert.
Das Lenkrad 3 verleiht dem Fahrzeug 1 einen Lenkeinschlag. Das Lenkrad 3 umfasst einen Kranz 31, eine Speiche 32, die im Wesentlichen T-förmig ist und einstückig mit dem Innenumfang des Kranzes 31 ausgebildet ist, und eine Hupenschalterabdeckung, die einen Hupenschalter abdeckt, der in einem mittleren Abschnitt der Speiche 32 angeordnet ist. Der Lenkrad-Griffsensor 100 umfasst eine Lenkradabdeckung 110 und eine Steuervorrichtung 120.
2 zeigt ein Beispiel für das Anbringen der Lenkradabdeckung 110 des Lenkrad-Griffsensors 100 gemäß Ausführungsform 1 an dem Kranz 31.
Wie in 2 gezeigt, ist der Lenkrad-Griffsensor 100 eine Vorrichtung, die eine Griff und eine Berührung durch eine Hand eines Benutzers (eine menschliche Hand) auf der Lenkradabdeckung 110 erfasst, und ist entlang des Kranzes 31 des Fahrzeugs 1 angeordnet. „Berührung“ bedeutet nicht nur einen Zustand, in dem eine Hand des Benutzers die Lenkradabdeckung 110 direkt berührt, sondern auch einen Zustand, in dem die menschliche Hand von der Lenkradabdeckung 110 getrennt ist, sofern der Lenkrad-Griffsensor 100 die menschliche Hand erfassen kann.
Der Lenkrad-Griffsensor 100 ist ein kapazitiver Sensor, der einen Griff seitens eines Benutzers in dem Fahrzeug 1 mit dem Lenkrad 3 erfasst. Genauer erfasst der Lenkrad-Griffsensor 100, ob die Hand (die Hände) eines Benutzers das Lenkrad 3 berührt (berühren), indem er eine Kapazitätsänderung zwischen der Hand (den Händen) des Benutzers und dem Lenkrad-Griffsensor 100 erfasst.
[Querschnittskonfiguration der Lenkradabdeckung 110]
3 zeigt ein Beispiel für eine Querschnittskonfiguration der Lenkradabdeckung 110 in Ausführungsform 1. Die Zeichnung ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils eines Querschnitts, der in einer Stapelrichtung der um den Kranz 31 gewickelten Lenkradabdeckung 110 aufgenommen ist. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Lenkradabdeckung 110 eine Außenschicht 11, eine Sensorelektrode 112, eine dielektrische Schicht 12, eine angesteuerte Elektrode 113 und eine Urethanschicht 13. Der Kranz 31 ist an der Metallkarosserie des Fahrzeugs 1 geerdet (Fahrzeugmasse).
Die Außenschicht 11 ist aus einem isolierenden Material wie beispielsweise Leder, Kunstleder oder Kunstharz gefertigt.
Es ist zu beachten, dass die Konfiguration der Lenkradabdeckung 110 nicht auf eine Konfiguration beschränkt ist, in der die Außenschicht 11, die Sensorelektrode 112, die dielektrische Schicht 12, die angesteuerte Elektrode 113 und die Urethanschicht 13 integral um den Kranz 31 gewickelt sind, sondern auch eine Konfiguration sein kann, in der ein Detektor, der integral die Sensorelektrode 112, die dielektrische Schicht 12 und die angesteuerte Elektrode 113 umfasst, auf eine Oberfläche der Urethanschicht 13 gewickelt ist, die auf dem Kranz 31 ausgebildet ist, wobei ferner die Außenschicht 11 auf die Oberfläche des Detektors gewickelt ist.
Die Sensorelektrode 112 ist eine flache Elektrode, die beispielsweise aus einem aus leitfähigen Fasern gewebten Maschengewebe gebildet ist. Die Form der Sensorelektrode 112 kann zu einer gekrümmte Platte geformt sein, die ein Abschnitt eines Ringes ist, kann zu einer gekrümmte Platte geformt sein, die ein Abschnitt einer Seitenfläche eines Zylinders ist, oder kann eine Ansammlung von kleinen ebenen Flächen sein. Die Sensorelektrode 112 in 3 ist eine gekrümmte flache (flächige) Elektrode, die der Gesamtheit oder einem Abschnitt eines kreisförmigen Rings entspricht.
Die angesteuerte Elektrode 113 kann die gleiche Konfiguration aufweisen wie die Sensorelektrode 112, oder kann eine andere Konfiguration aufweisen, wie beispielsweise eine Konfiguration, in der eine Metallleitung auf eine Oberfläche der dielektrischen Schicht 12 genäht und befestigt ist.
Die Sensorelektrode 112 und die angesteuerte Elektrode 113 liegen einander gegenüber, wobei eine dielektrische Schicht 12 dazwischen vorgesehen ist, um ein kapazitives Element zu bilden. Die Kapazität ΔC wird der Sensorelektrode 112 in Reaktion auf die Berührung durch die Benutzerhand hinzugefügt, wie durch die gestrichelte Linie in 3 gezeigt ist. Der Lenkrad-Griffsensor 100 ermittelt, ob eine Hand berührt, indem er eine Änderung der Kapazität ΔC erfasst.
[Schaltungskonfiguration des Lenkrad-Griffsensors 100]
4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Lenkrad-Griffsensors 100 gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
[Konfiguration des Lenkrad-Griffsensors 100]
4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration der Steuervorrichtung 120 im Lenkrad-Griffsensor 100 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Es ist zu beachten, dass die Sensorelektrode 112 und die angesteuerte Elektrode 113 in der Lenkradabdeckung 110 in der Zeichnung schematisch hinzugefügt sind.
Die Steuervorrichtung 120 in 4 umfasst eine Sensorschaltung 40 und einen Steuerprozessor 50.
Die Sensorschaltung 40 umfasst einen Sensoranschluss T4, einen Ansteueranschluss T5, einen Sinuswellengenerator 41, einen Ladungsverstärker 44 und einen Differenzverstärker 46.
Der Sensoranschluss T4 ist mit der Sensorelektrode 112 und dem zweiten Eingangsanschluss I2 des Ladungsverstärkers 44 verbunden, und es werden gleichzeitig Signale von dem Sensoranschluss T4 empfangen und über diesen ausgegeben. Insbesondere wird eine Sinusspannung, die vom Ladungsverstärker 44 zurückgeführt wird, durch den Sensoranschluss T4 zu der Sensorelektrode 112 übertragen. Gleichzeitig wird eine Änderung der Ladungsmenge in Reaktion auf die Änderung der Kapazität der Sensorelektrode 112 über den Sensoranschluss T4 zu dem Ladungsverstärker 44 übertragen.
Der Ansteueranschluss T5 ist mit der angesteuerten Elektrode 113 und dem Sinuswellengenerator 41 verbunden. Eine Sinusspannung als Ansteuersignal wird vom Sinuswellengenerator 41 durch den Ansteueranschluss T5 zu der angesteuerten Elektrode 113 übertragen.
Der Sinuswellengenerator 41 empfängt ein Rechteckwellensignal von einer Steuervorrichtung 51, erzeugt eine mit dem Rechteckwellensignal synchronisierte Sinusspannung und führt die Sinusspannung als Ansteuersignal durch den Ansteueranschluss T5 der angesteuerten Elektrode 113 zu. Das von der Steuervorrichtung 51 eingegebene Rechteckwellensignal ist beispielsweise ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM). Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die vom Sinuswellengenerator 41 der angesteuerten Elektrode 113 zugeführte Sinusspannung eine Gleichspannung (beispielsweise 2 V) sein kann, der eine Sinuswelle überlagert ist.
Der Ladungsverstärker 44 umfasst ein kapazitives Rückkopplungselement C11, erfasst eine Änderung der Ladungsmenge entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode 112 und gibt die Änderung der Ladungsmenge als Änderung einer Spannung aus. Dementsprechend umfasst der Ladungsverstärker 44 einen ersten Eingangsanschluss I1, einen zweiten Eingangsanschluss I2, einen Ausgangsanschluss o1, ein kapazitives Rückkopplungselement C11, einen Operationsverstärker A11, Widerstandselemente R11 und R12 und ein kapazitives Element C12. Der erste Eingangsanschluss I1 empfängt eine Sinusspannung vom Sinuswellengenerator 41 und ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers A11 verbunden.
Der zweite Eingangsanschluss I2 ist mit dem Sensoranschluss T4 verbunden und überträgt eine Änderung der Ladungsmenge, die durch eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode 112 verursacht wird, zu dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers A11.
Eine Spannung, die einer Änderung der Ladungsmenge entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode 112 entspricht, wird über den Ausgangsanschluss o1 ausgegeben. Wenn sich beispielsweise die Kapazität der Sensorelektrode 112 nicht ändert, wird über den Ausgangsanschluss o1 eine Sinusspannung ausgegeben, die die gleiche Phase und die gleiche Amplitude aufweist wie eine Sinusspannung, die durch den ersten Eingangsanschluss I1 angelegt wird. Wenn sich andererseits die Kapazität der Sensorelektrode 112 ändert, wird eine Sinusspannung mit der gleichen Phase wie die durch den ersten Eingangsanschluss I1 angelegte Sinusspannung und einer Amplitude, die der Änderung der Kapazität entspricht, durch den Ausgangsanschluss o1 ausgegeben.
Das kapazitive Rückkopplungselement C11 ist zwischen dem Ausgangsanschluss o1 und dem zweiten Eingangsanschluss I2 angeschlossen und führt eine durch den Ausgangsanschluss o1 angelegte Ausgangsspannung zu dem zweiten Eingangsanschluss I2 zurück. Das kapazitive Rückkopplungselement C11 hat die Funktion, eine Änderung der Ladungsmenge zu erfassen, die durch eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode 112 verursacht wird.
Der Operationsverstärker A11 gibt an den zweiten Eingangsanschluss I2 durch das kapazitive Rückkopplungselement C11 eine Ausgangsspannung aus, die die Differenz zwischen den Signalen an dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss und an dem invertierenden Eingangsanschluss eliminiert.
Der Differenzverstärker 46 verstärkt die Differenz zwischen einer Sinusspannung vom Sinuswellengenerator 41 und einer Ausgangsspannung vom Ladungsverstärker 44 und gibt das Ergebnis der Verstärkung als Sensorsignal durch den Analog-Digital-(AD)-Anschluss Ta an den Analog-Digital-Wandler (ADC) 62 aus.
Eine Schaltung, die die Widerstandselemente R11 und R12 (resistive Elemente) und das kapazitive Element C12 umfasst, bildet einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz niedriger als die Frequenz einer Sinusspannung. Der Tiefpassfilter ist parallel zum kapazitiven Rückkopplungselement C11 angeschlossen und arbeitet, bei einer Frequenz niedriger als die Frequenz der Sinusspannung, dominanter als das kapazitive Element C11, um eine über den Ausgangsanschluss o1 angelegte Ausgangsspannung durchzulassen und zurückzukoppeln. Dementsprechend begrenzt der Tiefpassfilter die Verstärkung des Operationsverstärkers A11, um eine Verstärkungssättigung zu verhindern, und reduziert eine Störsignalkomponente. Andererseits wird durch den Betrieb des kapazitiven Elements C12 und der Widerstandselemente R11 und R12 verhindert, dass die Ausgangsspannung bei einer Frequenz, die höher als die Grenzfrequenz ist, zurückgekoppelt wird. Folglich arbeitet das kapazitive Element C11 dominant, um die an dem Ausgangsanschluss o1 anliegende Ausgangsspannung durchzulassen. Somit begrenzt der Tiefpassfilter die Verstärkung, um eine Sättigung bei einer Frequenz niedriger als die Frequenz einer Sinuswelle zu verhindern, und reduziert eine Störsignalkomponente. Der Operationsverstärker A11 schaltet bei einer Frequenz höher als die Frequenz einer Sinuswelle auf eine Ladungsverstärkung nur entsprechend dem kapazitiven Element C11 um.
Genauer ist die Sensorelektrode 112 über den Widerstand Rx mit Masse verbunden, wie in 4 gezeigt ist. Der Widerstand Rx weist einen parasitären Widerstand auf, der auf einer Widerstandskomponente der dielektrischen Schicht 12 beruht, die zwischen der Sensorelektrode 112 und Masse angeordnet ist. Wie oben beschrieben worden ist, fließt dann, wenn eine an die angesteuerte Elektrode 113 angelegte Sinusspannung eine Gleichspannung ist, der eine Sinuswelle überlagert ist, ein Gleichstrom über den Widerstand Rx nach Masse. Wenn sich hierbei der spezifische Widerstand der dielektrischen Schicht 12 aufgrund von Temperaturveränderungen oder Feuchtigkeitsveränderungen ändert, ändert sich der Wert des Gleichstroms, der durch den Widerstand Rx nach Masse fließt. Um den Einfluss einer solchen Änderung einer Gleichstromkomponente zu verringern, wird die Verstärkung des Operationsverstärkers A11 begrenzt, um eine Sättigung zu verhindern, indem ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz vorgesehen wird, die niedriger ist als die Frequenz der Sinusspannung.
Es ist zu beachten, dass der Tiefpassfilter die in Reihe geschalteten Widerstandselemente R11 und R12 sowie das kapazitive Element C12 umfasst, das zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers A11 und einem Verbindungspunkt der Widerstandselemente R11 und R12 in 4 vorgesehen ist, jedoch zusätzlich zu den oben genannten Elementen einen Widerstand R21 in Reihe zum kapazitiven Element C12 umfassen kann, wie in 9 gezeigt ist. Durch das Vorsehen des Widerstands R21 kann die Spitze der Verstärkung, die bei einer bestimmten Frequenz (der Grenzfrequenz) erzeugt wird, abgesenkt werden.
In 4 umfasst der Steuerprozessor 50 den AD-Anschluss Ta, den AD-Anschluss Tb, den PWM-Anschluss Tf, die Steuervorrichtung 51, den Multiplikationsprozessor 52, den Integrator 54, den Griff-Ermittler 56 und den Speicher 57. Der Multiplikationsprozessor 52 umfasst die ADCs 62 und 63 sowie den Multiplizierer 65. Es ist zu beachten, dass der Steuerprozessor 50 durch einen Mikrocomputer oder einen Mikrocontroller verwirklicht sein kann, der beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), den Speicher 57, die ADCs 62 und 63, den Multiplizierer 65 und einen Eingangs-/Ausgangsanschluss umfasst. Der Speicher 57 ist ein Oberbegriff für Festwertspeicher (ROM), Arbeitsspeicher (RAM) und elektrisch löschbaren Flash-Speicher. Der Funktionsblock in 4 kann erhalten werden, indem die CPU ein Programm im Speicher 57 ausführt. Es ist zu beachten, dass der Multiplizierer 65 eine Hardware-Schaltung sein kann, oder ein Teil oder die Gesamtheit des Multiplizierers 65 kann durch Software erhalten werden.
Erste digitale Daten 72, zweite digitale Daten 73 und erste Multiplikationsdaten 67 sind als Daten dargestellt, die im Multiplikationsprozessor 52 verarbeitet werden. Solche Daten werden beispielsweise im Speicher 57 zwischengespeichert.
Der AD-Anschluss Ta ist mit einem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 46 verbunden und dient zur Eingabe eines analogen Signals in den ADC 62.
Die AD-Anschluss Tb ist mit einem Anschluss verbunden, über den eine Sinusspannung vom Sinuswellengenerator 41 ausgegeben wird, und dient zur Eingabe einer analogen Sinusspannung in den ADC 63.
Der PWM-Anschluss Tf ist mit der Steuervorrichtung 51 und dem Sinuswellengenerator 41 verbunden und dient zur Weiterleitung eines Rechteckwellensignals von der Steuervorrichtung 51 zum Sinuswellengenerator 41. Das Rechteckwellensignal kann ein PWM-Signal sein.
Die Steuervorrichtung 51 erzeugt ein Rechteckwellensignal mit variabler Frequenz und gibt das Signal durch den PWM-Anschluss Tf an den Sinuswellengenerator 41 aus. Die Steuervorrichtung 51 steuert und veranlasst die ADCs 62 und 63, Abtastwerte von einem analogen Signal in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal zu erhalten. Die Anzahl der Abtastungen kann beispielsweise gleich 16 Abtastungen pro Zyklus einer Sinusspannung oder eines Sensorsignals sein, oder kann gleich 8 bis 24 Abtastungen pro Zyklus sein.
Der Multiplikationsprozessor 52 multipliziert eine Sinusspannung des Sinuswellengenerators 41 mit der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 44. Die Sinusspannung de Sinuswellengenerators 41 wird durch den AD-Anschluss Tb eingegeben. Die Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 44 wird als Sensorsignal durch den Differenzverstärker 46 und den AD-Anschluss Ta eingegeben. Das Ergebnis der Multiplikation entspricht der Größe der Kapazität der Sensorelektrode 112, in Abhängigkeit davon, ob das Lenkrad gegriffen wird.
Der ADC 62 führt eine AD-Wandlung eines Abtastsignals des Differenzverstärkers 46 als eine Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 44 in Synchronisation mit einem Rechteckwellensignal der Steuervorrichtung 51 durch und speichert das Ergebnis der AD-Wandlung als erste digitale Daten 72 im Speicher 57. Die ersten digitalen Daten 72 entsprechen der Wellenform eines N-Zyklus oder von N Zyklen des Sensorsignals. Dabei kann N gleich 1 oder 2 oder 3 oder mehr sein.
Der ADC 63 führt eine AD-Wandlung einer Sinusspannung des Sinuswellengenerators 41 in Synchronisation mit einem Rechteckwellensignal der Steuervorrichtung 51 durch und speichert das Ergebnis der AD-Wandlung als zweite digitale Daten 73 im Speicher 57. Die zweiten digitalen Daten 73 entsprechen wenigstens einem N-Zyklus oder N Zyklen der Sinusspannung. N ist in der gleichen Weise definiert, wie in Bezug auf die ersten digitalen Daten 72 beschrieben worden ist.
Der Multiplizierer 65 multipliziert die ersten digitalen Daten 72 mit den zweiten digitalen Daten 73 und speichert das Ergebnis der Multiplikation im Speicher 57 als erste Multiplikationsdaten 67.
Es ist zu beachten, dass der Multiplikationsprozessor 52 die Verarbeitung zur Mittelung jeweils der durch die ersten digitalen Daten 72 angegebenen Wellenform und der durch die zweiten digitalen Daten 73 angegebenen Wellenform durchführen kann, die gemittelten ersten digitalen Daten mit den gemittelten zweiten digitalen Daten multiplizieren kann und das Ergebnis der Multiplikation als erste Multiplikationsdaten 67 verwendet. Zu diesem Zeitpunkt kann der Integrator 54 anstelle des Multiplikationsprozessors 52 die Verarbeitung zur Mittelung durchführen.
Alternativ kann der Multiplikationsprozessor 52 die ersten digitalen Daten 72 mit den zweiten digitalen Daten 73 multiplizieren und eine Verarbeitung zur Mittelung der durch die ersten Multiplikationsdaten 67 angegebenen Wellenform durchführen, die das Ergebnis der Multiplikation ist. Zu diesem Zeitpunkt kann der Integrator 54 anstelle des Multiplikationsprozessors 52 die Mittelung durchführen.
Der Integrator 54 führt eine Mittelung, d.h. eine Glättung, durch, indem er das Ergebnis der Multiplikation vom Multiplikationsprozessor 52 integriert.
Der Griff-Ermittler 56 ermittelt entsprechend dem Pegel des geglätteten Ergebnisses der Multiplikation, ob das Lenkrad gegriffen wird. Der Pegel des geglätteten Ergebnisses der Multiplikation entspricht der Kapazität der Sensorelektrode 112 und ist beispielsweise höher, wenn das Lenkrad gegriffen wird, als wenn das Lenkrad nicht gegriffen wird. Der Griff-Ermittler 56 kann bei der Ermittlung, ob das Lenkrad gegriffen wird, eine Hysterese vorsehen. Genauer ermittelt der Griff-Ermittler 56, dass ein nicht gegriffener Zustand in einen gegriffenen Zustand wechselt, wenn der Pegel des geglätteten Ergebnisses der Multiplikation einen ersten Schwellenwert th1 erreicht oder überschreitet. Andererseits ermittelt der Griff-Ermittler 56, dass ein gegriffener Zustand in einen nicht gegriffenen Zustand wechselt, wenn der Pegel des geglätteten Ergebnisses der Multiplikation einen zweiten Schwellenwert th2 erreicht oder unterschreitet. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Hysterese gegeben sein, wenn der erste Schwellenwert th1 größer als der zweiter Schwellenwert th2 ist.
[Vergleichende Beschreibung des Lenkrad-Griff-Sensors 100 und eines Vergleichsbeispiels]
Als nächstes werden der Lenkrad-Griffsensor 100 und ein Vergleichsbeispiel im Vergleich zueinander beschrieben.
5 ist ein erklärendes Schaubild eines Betriebs eines Sensors gemäß dem Vergleichsbeispiel und des Lenkrad-Griffsensors 100 gemäß Ausführungsform 1 im Vergleich zueinander. Das Vergleichsbeispiel in 5 zeigt eine ähnliche Konfiguration auf der Grundlage des Sensors gemäß PTL 1.
In der Schaltungskonfiguration des Vergleichsbeispiels ist eine Sensorelektrode SE mit einem invertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers A41 verbunden. Eine angesteuerte Elektrode DE ist mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss verbunden und empfängt eine Sinusspannung.
Ein Stromverstärker 47 umfasst ein resistives Rückkopplungselement R, erfasst einen Strom Δi, der in Reaktion auf eine Änderung ΔC der Kapazität der Sensorelektrode SE fließt, und gibt eine Spannung aus, die dem erfassten Strom entspricht. Der Stromverstärker ist somit ein Strom-zu-Spannung-Wandler, der einen erfassten Strom als eine Spannung ausgibt.
Die Spalte „mathematischer Ausdruck“ des Vergleichsbeispiels zeigt die Ausgangsspannung V = R × Δi0. Δi0 bezeichnet einen Rückkopplungsstrom, der durch das resistive Rückkopplungselement R fließt, und Δi0 ist gleich Δi unter dem Gesichtspunkt eines virtuellen Kurzschlusses zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss. Der Strom Δi, der in Reaktion auf die Änderung ΔC der Kapazität der Sensorelektrode SE fließt, kann durch Δi = ω × ΔC × v dargestellt werden. Hierbei bezeichnet v eine Sinusspannung, die dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss und der angesteuerte Elektrode DE zugeführt wird. Die Ausgangsspannung V des Stromverstärkers 47 kann durch V = ω × (ΔC × v) × R dargestellt werden. Hierbei ist ω = 2nf. f bezeichnet die Frequenz der Sinusspannung v. Die Ausgangsspannung V im Vergleichsbeispiel ist nicht nur proportional zur Kapazität ΔC, sondern auch zur Frequenz f.
Wie die Spalte „Signalwellenform“ des Vergleichsbeispiels zeigt, weist die Ausgangsspannung V eine Phasenverschiebung von 90 Grad gegenüber der Sinusspannung v auf. Die Spalte „Signalwellenform“ des Vergleichsbeispiels zeigt Beispiele für zwei Arten von Wellenformen, die durch die Synchronschalt-Erfassung zur Erfassung einer Änderung der Widerstandskomponente und die Phasenschalt-Erfassung zur Erfassung von Kapazitätskomponenten erhalten werden. Beide Erfassungen beinhalten einen Schaltvorgang.
Daraus ergibt sich für das Vergleichsbeispiel ein Problem wie folgt. Erstens ist bei der Erfassung der Ausgangsspannung V ein Schaltvorgang erforderlich, und wenn sich daher die Anstiegsrate der Flankenkomponenten eines Steuersignals zum Steuern des Schaltens verschlechtert, treten Verzerrungen und eine Erfassungsphasenverschiebung in einem Signal auf, das einer synchronen Erfassung unterzogen wurde, was zu dem Problem führt, dass sich die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert.
Zweitens hängt die Empfindlichkeit der Ausgangsspannung V von der Frequenz f ab, und daher besteht das Problem, dass sich die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert, wenn in einem Ansteuersignal Frequenzänderungen auftreten.
Drittens weist das Vergleichsbeispiel eine Frequenzcharakteristik auf, bei der die Ausgangsspannung V mit zunehmender Frequenz f ansteigt, und somit besteht das Problem, dass sich die Erfassungsgenauigkeit mit zunehmender Frequenz von exogenem Hochfrequenzstörsignalen verschlechtert.
Um solchen Probleme zu begegnen, erfasst der Ladungsverstärker 44 in der „Ausführungsform“ in der Spalte „Schaltungskonfiguration“ in 5 eine Änderung ΔQ der Ladungsmenge, die entsprechend der Kapazität ΔC der Sensorelektrode 112 erzeugt wird, und gibt die Änderung ΔQ der Ladungsmenge als eine Änderung der Ausgangsspannung V aus, wie bereits mit Bezug auf 4 beschrieben worden ist. ΔQ0 bezeichnet eine Rückkopplungsladung, die die Kapazität des kapazitiven Rückkopplungselements C erzeugt, und ΔQ0 ist gleich ΔQ unter dem Gesichtspunkt eines virtuellen Kurzschlusses zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss. Die Ausgangsspannung V des Ladungsverstärkers 44 wird durch V = (ΔC/C) × v dargestellt. C bezeichnet die Kapazität des kapazitiven Rückkopplungselements. Die Ausgangsspannung V ist proportional zur Kapazität ΔC und hängt nicht von der Frequenz f ab. Wie in der Spalte „Signalwellenform“ gezeigt ist, weisen die Ausgangsspannung V und die Sinusspannung v keine Phasendifferenz auf und sind somit in Phase. Dementsprechend ist eine Produkterfassung unter Verwendung des Produkts aus Ausgangsspannung V und Sinusspannung v möglich, statt eine synchrone Erfassung unter Verwendung eines Schaltvorgangs durchzuführen. Die Spalte „Signalwellenform“ zeigt erste Multiplikationsdaten 67 und zweite Multiplikationsdaten 68 als Beispiele für die Produkterfassung. Erste Multiplikationsdaten 67 geben das Ergebnis der Multiplikation der Ausgangsspannung V mit der Sinusspannung v an und stellen die Kapazität ΔC der Sensorelektrode 112 dar. Zweite Multiplikationsdaten 68 geben das Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung v mit der Wellenform der Ausgangsspannung V mit einer um 90 Grad verschobenen Phase an.
Der Lenkrad-Griffsensor 100 gemäß Ausführungsform 1 löst das oben genannte erste Problem unter Verwendung der Produkterfassung. Da die Ausgangsspannung V des Ladungsverstärkers 44 nicht von der Frequenz der Sinusspannung v abhängt, sind auch das zweite und das dritte oben genannte Problem gelöst.
Wie oben beschrieben worden ist, umfasst der Lenkrad-Griffsensor 100 gemäß Ausführungsform 1: eine angesteuerte Elektrode 113, die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrades erstreckt; eine Sensorelektrode 112, die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode 113 gegenüberliegt; einen Sinuswellengenerator 41, der eine Sinusspannung v der angesteuerten Elektrode 113 zuführt; einen Ladungsverstärker 44, der ein kapazitives Rückkopplungselement C11 umfasst, eine Änderung einer Ladungsmenge erfasst, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode 112 erzeugt wird, und die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung ausgibt; einen Multiplikationsprozessor 52, der eine Sinusspannung v mit der Ausgangsspannung V des Ladungsverstärkers 44 multipliziert; einen Integrator 54, der ein Ergebnis der Multiplikation vom Multiplikationsprozessor 52 mittels Integration glättet; und einen Griff-Ermittler 56, der entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses ermittelt, ob das Lenkrad gegriffen wird.
Gemäß dieser Konfiguration kann eine Verschlechterung der Genauigkeit, beispielsweise aufgrund von Frequenzänderungen und Einfluss von Störsignalen, reduziert werden, so dass die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.
Genauer sind erstens die Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers und die Sinusspannung als ein Ansteuersignal in Phase, d.h. sie weisen keine Phasendifferenz auf, und der Multiplikationsprozessor erfasst durch Produkterfassung die Kapazität in Abhängigkeit davon, ob das Lenkrad gegriffen wird. Dementsprechend ist der Schaltvorgang, wie er in der herkömmlichen Technik erforderlich ist, unnötig, und somit können die Phasenverschiebung und die Signalverzerrung aufgrund des Schaltens reduziert werden, die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit kann reduziert werden, und die Erfassungsgenauigkeit kann verbessert werden.
Zweitens, da die Empfindlichkeit der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers nicht von der Frequenz einer Sinusspannung als Ansteuersignal abhängt, kann somit selbst bei Auftreten von Frequenzänderungen in einem Sinussignal eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit reduziert werden.
Drittens hängt die Größe der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers nicht von der Frequenz der Sinusspannung als Ansteuersignal ab, so dass eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit aufgrund von exogenen Hochfrequenzstörsignalen reduziert werden kann.
Es ist zu beachten, dass in dem in 4 gezeigten Lenkrad-Griffsensor 100 der Steuerprozessor 50 das Rechteckwellensignal auf eine von wenigstens drei Frequenzen umschalten kann und der ADC 62 und der ADC 63 für jede der wenigstens drei Frequenzen die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten im Speicher 57 speichern können.
Dadurch wird vermieden, dass erste und zweite digitale Daten verwendet werden, die der Frequenz entsprechen, die von Störsignalen beeinflusst wird, und es können erste und zweite digitale Daten verwendet werden, die einer anderen Frequenz entsprechen. Außerdem kann ein Frequenzsprungverfahren durchgeführt werden, um Störsignale zu vermeiden.
Der ADC 62 und der ADC 63 können die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens zwei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen.
Dementsprechend kann die Erfassungsgenauigkeit im Vergleich zu einer AD-Wandlung, die in Einheiten von einem Zyklus durchgeführt wird, verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass der ADC 62 und der ADC 63 die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen können, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens drei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen, und der Multiplikationsprozessor 52 kann Abschnitte der ersten digitalen Daten vergleichen, die verschiedenen der wenigstens drei Zyklen der Wellenform entsprechen, und kann einen der Abschnitte der ersten digitalen Daten mit einem am weitesten entfernten Wert verwerfen.
Dementsprechend wird ein Abschnitt der digitalen Daten verwendet, der einem anderen Zyklus als dem Zyklus entspricht, für den der Wert am weitesten entfernt ist, und somit kann beispielsweise ein Abschnitt der digitalen Daten, der durch Störsignale beeinträchtigt ist, verworfen werden, und die Erfassungsgenauigkeit kann verbessert werden.
Der ADC 62 und der ADC 63 können die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens drei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen, und der Multiplikationsprozessor 52 kann für jeden der wenigstens drei Zyklen der Wellenform einen Mittelwert und eine Abweichung eines Abschnittes der ersten digitalen Daten, der dem Zyklus entspricht, berechnen und den Abschnitt der ersten digitalen Daten, der dem Zyklus entspricht, verwerfen, wenn die Abweichung größer oder gleich einem Schwellenwert ist.
Dementsprechend wird ein Abschnitt der Daten, der einem Zyklus entspricht, der Störsignale enthält, verworfen, wodurch die Störresistenz und die Genauigkeit erhöht werden können.
Der Multiplikationsprozessor 52 kann eine Frequenz des Rechteckwellensignals ändern, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen, für die die Abweichung größer oder gleich dem Schwellenwert ist, in einer fortlaufenden Folge auftritt.
Dementsprechend kann bei fortlaufendem Auftreten von Störsignalen der Einfluss von Störsignalen durch Ändern der Frequenzen eines Rechteckwellensignals und einer Sinusspannung reduziert werden.
[Ausführungsform 2]
Ausführungsform 2 beschreibt zusätzlich zu Ausführungsform 1 eine Konfiguration zur Durchführung einer Korrekturverarbeitung zur Verringerung von Betriebsänderungen, die durch eine Veränderung der Umgebung des Lenkrad-Griffsensors 100 verursacht werden, und eine Fehlerüberwachung zur Überwachung, ob der Betrieb normal ist.
Genauer umfasst eine solche Umgebungsveränderung beispielsweise eine Änderung des Widerstands der Außenschicht 11 in 3, eine Änderung der Kapazität der angesteuerten Elektrode 113 in 3 und eine Änderung des Widerstands der Urethanschicht 13 in 3.
Der Widerstand der Außenschicht 11 hat beispielsweise von der Temperatur oder der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit abhängige Eigenschaften, so dass er von der Temperatur und der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit an der Außenschicht 11 abhängig ist. Mit der Verwendung solcher von der Temperatur oder der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit abhängigen Eigenschaften der Außenschicht 11 erfasst der Lenkrad-Griffsensor 100 Änderungen des Widerstands der Sensorelektrode 112 und der Außenschicht 11, und erfasst damit im Wesentlichen die Temperatur und die Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit ohne einen Temperatur- oder Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeitssensor. Die Temperatur- und Feuchtigkeits-/Luftfeuchtigkeitseigenschaften können auf der Grundlage der erfassten Widerstandsänderung korrigiert werden. Der Begriff „Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit“ bedeutet hier entweder „sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit“ oder „entweder die Temperatur oder die Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit“. Diese Definition hängt vom Material der Außenschicht 11 ab.
Außerdem liegt die angesteuerte Elektrode 113 dem Kranz 31 gegenüber, wobei die Urethanschicht 13 dazwischen vorgesehen ist, oder ist um den Kranz 31 gewickelt, wobei die Urethanschicht 13 dazwischen vorgesehen ist. Somit bilden die angesteuerte Elektrode 113 und der Kranz 31 einen Kondensator. Da der Kranz 31 geerdet (mit Masse verbunden) ist, hat der durch die angesteuerte Elektrode 113 und den Kranz 31 gebildete Kondensator eine bestimmte Kapazität. Es ist zu beachten, dass die Kapazität in Abhängigkeit von der Temperatur und der Feuchtigkeit der Urethanschicht 13 variiert. Mit Verwendung solcher von Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit abhängigen Eigenschaften erfasst der Lenkrad-Griffsensor 100 die Temperatur und die Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit an der angesteuerten Elektrode 113 und der Urethanschicht 13, indem er die Änderung der Kapazität der angesteuerten Elektrode 113 erfasst. Dementsprechend können die von Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit abhängigen Eigenschaften korrigiert werden, auch wenn kein Temperatur- oder Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeitssensor vorhanden ist.
6 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Lenkrad-Griffsensors 100 gemäß Ausführungsform 2 zeigt. Die in 6 gezeigte Konfiguration unterscheidet sich von der in 4 gezeigten Konfiguration im Wesentlichen dadurch, dass Sensoranschlüsse T1 bis T3, ein Dämpfungsschalter 42, ein Ladungsverstärker 43, ein Multiplexer 45, ein Auswahlsteueranschluss Tc, ein AD-Anschluss Td, ein AD-Anschluss Te, ein Prüf-(CHK)-Anschluss Tg, ein Ausgangsüberwachungsanschluss Th, ein ADC 60, ein Taktgenerator 61, ein ADC 64, dritte digitale Daten 74, ein Multiplizierer 66, zweite Multiplikationsdaten 68, dritte Multiplikationsdaten 69, eine Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 und einer Korrekturvorrichtung 55 hinzugefügt sind und dem Differenzverstärker 46 ein Bandpassfilter hinzugefügt ist.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf verschiedene Punkte, während redundante Beschreibungen der gleichen Punkte weggelassen werden.
Die Sensoranschlüsse T1 bis T4 verbinden vier Sensorelektroden 112, wenn vier Paare mit jeweils einer Sensorelektrode 112 und einer angesteuerten Elektrode 113 in der Lenkraddeckung 110 enthalten sind.
Der Dämpfungsschalter 42 schaltet um zwischen (i) einer Dämpfung oder Verstärkung einer Sinusspannung, die vom Sinuswellengenerator 41 über den Ladungsverstärker 43 den angesteuerten Elektroden 113 zugeführt wird, und (ii) einer Weitergabe der Sinusspannung ohne Dämpfung oder Verstärkung.
Der Ladungsverstärker 43 umfasst das kapazitive Rückkopplungselement C21, erfasst eine Änderung der Ladungsmenge, die in der angesteuerten Elektrode 113 aufgrund einer Umgebungsveränderung erzeugt wird, und gibt die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung aus. Somit umfasst der Ladungsverstärker 43 das kapazitive Rückkopplungselement C21, den Operationsverstärker A21, die Widerstandselemente R21 und R22 und das kapazitive Element C12. Der Ladungsverstärker 43 ist derselbe wie der bereits beschriebene Ladungsverstärker 44. Es ist zu beachten, dass der Lenkrad-Griffsensor 100 anstelle des Ladungsverstärkers 43 auch den in 5 gezeigten Stromverstärker 47 enthalten kann. In diesem Fall erfasst der Stromverstärker 47 eine Änderung des Stroms, der in der angesteuerten Elektrode 113 aufgrund einer Umgebungsveränderung erzeugt wird, und gibt die Änderung des Stroms als eine Änderung einer Spannung aus.
Der Multiplexer 45 wählt einen der Sensoranschlüsse T1 bis T4 aus und verbindet den ausgewählten Sensoranschluss mit dem zweiten Eingangsanschluss I2 des Ladungsverstärkers 44. Diese Auswahl erfolgt entsprechend einem Auswahlsteuersignal, das von der Steuervorrichtung 51 über den Auswahlsteueranschluss Tc eingegeben wird. Es ist zu beachten, dass der Multiplexer 45 möglicherweise nicht einen von vier Anschlüssen mit einem Anschluss verbindet, sondern eine Konfiguration aufweist, bei der einer von M Anschlüssen mit einem Anschluss verbunden wird. M kann eine ganze Zahl gleich 2, 3, 5 oder mehr sein, und ist eine ganze Zahl größer als die Anzahl von Paaren, die jeweils eine Sensorelektrode 112 und eine angesteuerte Elektrode 113 umfassen.
Es ist zu beachten, dass die in 6 gezeigte Konfiguration eine Konfiguration ist, bei der angesteuerte Elektroden 113 in den Paaren enthalten sind und alle elektrisch miteinander verbunden sind. Somit sind die angesteuerten Elektroden 113 mit einem einzigen Ansteueranschluss T5 verbunden. Die Konfiguration ist jedoch nicht auf die obige beschränkt, und beispielsweise kann eine der angesteuerten Elektroden 113 von einem anderen Multiplexer ausgewählt und mit dem Ansteueranschluss T5 verbunden werden. In diesem Fall kann die angesteuerte Elektrode 113, die mit der vom Multiplexer 45 ausgewählten Sensorelektrode 112 gepaart ist, von dem anderen Multiplexer ausgewählt werden.
Der Auswahlsteueranschluss Tc ist mit einem Steueranschluss des Multiplexers 45 verbunden und empfängt ein Auswahlsteuersignal, das von der Steuervorrichtung 51 ausgegeben wird.
Der AD-Anschluss Td ist mit einem Ausgangsanschluss des Ladungsverstärkers 43 verbunden und dient zur Eingabe eines analogen Signals in den ADC 64.
Der AD-Anschluss Te ist mit dem Sinuswellengenerator 41 verbunden und dient zur Eingabe einer Sinusspannung in Form eines analogen Signals in den ADC 60.
Die CHK-Anschluss Tg dient zur Übermittlung eines Prüfsignals von der Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 zu dem Dämpfungsschalter 42. Ein Prüfsignal ist in einem gewöhnlichen Überwachungsmodus, in dem eine Sinusspannung nicht durch den Dämpfungsschalter 42 gedämpft oder verstärkt wird, ein Niedrigpegel-Signal und ist in einem temporären Überwachungsmodus, in dem eine Sinusspannung gedämpft oder verstärkt wird, ein Hochpegel-Signal.
Der Ausgangsüberwachungsanschluss Th dient zur Weiterleitung eines Ausgangssignals vom Ausgangsanschluss o1 zu der Fehlerüberwachungsvorrichtung 53.
Der ADC 60 führt eine AD-Wandlung einer Sinusspannung des Sinuswellengenerators 41 durch und gibt das Ergebnis der AD-Wandlung an den Taktgenerator 61 aus. Die Verwendung des Ergebnisses der AD-Wandlung unterscheidet sich von der Verwendung des Ergebnisses der AD-Wandlung durch den ADC 63. Das Ergebnis der AD-Wandlung durch den ADC 60 wird verwendet, um ein Taktsignal in Synchronisation mit der Wellenform einer Sinusspannung zu erzeugen. Dementsprechend führt der ADC 60 eine Abtastung mit einer höheren Rate durch als der ADC 63.
Der Taktgenerator 61 erzeugt ein Taktsignal in Synchronisation mit der Wellenform einer Sinusspannung, basierend auf dem Ergebnis der AD-Wandlung durch den ADC 60. Ein solches Taktsignal enthält ein oder mehrere Abtasttaktsignale für den ADC 62 und den ADC 63. Es ist zu beachten, dass der Taktgenerator 61 ein Taktsignal in Synchronisation mit einem Rechteckwellensignal (d.h. einem PWM-Signal) von der Steuervorrichtung 51 erzeugen kann. In diesem Fall muss der ADC 60 nicht enthalten sein.
Der ADC 64 führt eine AD-Wandlung einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 43 in Synchronisation mit einem Taktsignal des Taktgenerators 61 durch und speichert das Ergebnis der AD-Wandlung als dritte digitale Daten 74 im Speicher 57.
Die dritten digitalen Daten 74 entsprechen der Wellenform von N Zyklen einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 43. Dabei ist N gleich der Anzahl der Zyklen eines Signals, das in den ersten digitalen Daten 72 enthalten ist.
Der Multiplizierer 65 multipliziert die ersten digitalen Daten 72 mit den zweiten digitalen Daten 73 und speichert das Ergebnis der Multiplikation als erste Multiplikationsdaten 67 im Speicher 57, ähnlich wie in 4. Die ersten Multiplikationsdaten 67 entsprechen der Kapazität ΔC der Sensorelektrode 112.
Zusätzlich dazu verschiebt der Multiplizierer 65 die Phase der Wellenform der ersten digitalen Daten 72 um 90 Grad, multipliziert die phasenverschobenen ersten digitalen Daten 72 mit den zweiten digitalen Daten 73 und speichert das Ergebnis der Multiplikation als zweite Multiplikationsdaten 68 im Speicher 57.
Die zweiten Multiplikationsdaten 68 entsprechen einer Widerstandskomponente, die von einer Änderung der Umgebung der Sensorelektrode 112 abhängt, wie beispielsweise der Temperatur und der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit an der Außenschicht 11.
Der Multiplizierer 66 multipliziert die zweiten digitalen Daten 73 mit den dritten digitalen Daten 74 und speichert das Ergebnis der Multiplikation im Speicher 57 als dritte Multiplikationsdaten 69.
Die dritten Multiplikationsdaten 69 entsprechen der Kapazität der Urethanschicht 13, die sich in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebung der angesteuerten Elektrode 113 ändert, wie beispielsweise der Temperatur und der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit an der angesteuerten Elektrode 113.
Die Korrekturvorrichtung 55 führt eine Korrekturverarbeitung zur Verringerung von Abweichungen aufgrund der Umgebungsveränderung durch, wobei zweite Multiplikationsdaten 68 und dritte Multiplikationsdaten 69 als Indizes (Hinweise) für die Umgebungsveränderung verwendet werden. Die Korrekturvorrichtung 55 korrigiert beispielsweise die Schwellenwerte th1 und th2 für die Ermittlung durch den Griff-Ermittler 56 als Korrekturverarbeitung. Ferner kann die Korrekturvorrichtung 55 als Korrekturverarbeitung den vom Integrator 54 geglätteten Pegel korrigieren. Es ist zu beachten, dass die Korrekturvorrichtung 55 die zweiten Multiplikationsdaten 68 und die dritten Multiplikationsdaten 69 glätten kann und die geglätteten zweiten Multiplikationsdaten 68 und die geglätteten dritten Multiplikationsdaten 69 als Indizes verwenden kann.
Wenn der Widerstand der Außenschicht 11, die als Isolator die Sensorelektrode 112 bedeckt, die Eigenschaft hat, sich in Abhängigkeit von Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit zu verändern, kann die Korrekturverarbeitung die Erfassungsgenauigkeit verbessern, indem sie diese Veränderung reduziert. Dieses Beispiel umfasst insbesondere eine Änderung des Isolationswiderstands, die dadurch verursacht wird, dass die Außenschicht 11 mit Schweiß von der/den das Lenkrad greifenden Hand/Händen benetzt ist, in Abhängigkeit von der Temperatur. Wenn die Kapazität der Urethanschicht 13, die als Isolator mit der angesteuerten Elektrode 113 in Kontakt steht, die Eigenschaft hat, sich beispielsweise in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit oder der Temperatur zu verändern, kann eine Korrekturverarbeitung zur Verringerung solcher Veränderungen die Erfassungsgenauigkeit verbessern. Dieses Beispiel umfasst insbesondere eine Änderung der Permittivität der Urethanschicht 13, die durch die Absorption von Feuchtigkeit durch die Urethanschicht 13 verursacht wird, basierend auf der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung und der Feuchtigkeit des Lenkrads.
Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 weist den gewöhnlichen Überwachungsmodus auf, in dem der Dämpfungsschalter 42 eine Sinusspannung nicht dämpft oder verstärkt, und den temporären Überwachungsmodus, in dem der Dämpfungsschalter 42 eine Sinusspannung dämpft und verstärkt, und ermittelt, ob ein Fehler aufgetreten ist. Im gewöhnlichen Überwachungsmodus ermittelt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53, ob wenigstens ein Masseschluss der angesteuerten Elektrode 113 und/oder ein Masseschluss der Sensorelektrode 112 aufgetreten ist. Im temporären Überwachungsmodus ermittelt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53, ob wenigstens ein Bruch der angesteuerten Elektrode 113 und/oder ein Bruch der Sensorelektrode 112 und/oder ein Kurzschluss zwischen der angesteuerten Elektrode 113 und der Sensorelektrode 112 aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass der Bruch der angesteuerten Elektrode 113 zwei Arten von Brüchen umfasst, nämlich einen Bruch eines mit der angesteuerten Elektrode 113 verbundenen Kabels und einen Elektrodenbruch aufgrund eines Bruchs der flachen angesteuerten Elektrode 113. Ein Bruch der Sensorelektrode 112 umfasst zwei Arten von Brüchen, nämlich einen Bruch eines mit der Sensorelektrode 112 verbundenen Kabels und einen Elektrodenbruch aufgrund eines Bruchs der flachen Sensorelektrode 112. Wenn in der folgenden Beschreibung nur von „Bruch“ die Rede ist, bezieht sich dies auf beide Arten von Brüchen.
Als nächstes wird die Fehlerermittlung durch die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 beschrieben.
7 ist ein erklärendes Schaubild der Fehlerermittlung in Ausführungsform 2. 8 zeigt verschiedene Wellenformen zum Zeitpunkt der Fehlerermittlung in Ausführungsform 2.
Die Zeile in 7 zeigt die Arten von Fehlern, die bei der Fehlerermittlung erfasst werden. Die Spalte zeigt die Signaländerung, wenn ein Fehler auftritt, und ob eine Fehlerermittlung jeweils im gewöhnlichen Überwachungsmodus und im temporären Überwachungsmodus, die jeweils in einem Fehlerüberwachungsmodus enthalten sind, möglich ist. Es ist zu beachten, dass der gewöhnliche Überwachungsmodus normalerweise zur Überwachung dient, ob ein Fehler aufgetreten ist, während der Lenkrad-Griffsensor 100 arbeitet, um einen Griff (eine Berührung) zu erfassen. Der temporäre Überwachungsmodus dient dazu, den Betrieb zur Erfassung eines Griffs vorübergehend zu stoppen und in einen Zustand zu wechseln, in dem überwacht wird, ob ein Fehler aufgetreten ist.
Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ermittelt, ob die angesteuerte Elektrode 113 einen Bruch, einen Masseschluss, d.h. einen Kurzschluss nach Masse, oder einen Kurzschluss zur Sensorelektrode 112 aufweist. Es ist zu beachten, dass die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 nicht ermitteln kann, welche Art von Fehler aufgetreten ist, d.h. welcher von einem Bruch, einem Masseschluss, d.h. einem Kurzschluss nach Masse, oder einem Kurzschluss zur Sensorelektrode 112 aufgetreten ist.
Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ermittelt, ob die Sensorelektrode 112 einen Bruch, einen Masseschluss, d.h. einen Kurzschluss nach Masse, oder einen Kurzschluss zur angesteuerten Elektrode 113 aufweist. Es ist zu beachten, dass die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 nicht ermitteln kann, welche Art von Fehler aufgetreten ist, d.h. welcher von einem Bruch, einem Masseschluss, d.h. einem Kurzschluss nach Masse, oder einem Kurzschluss zur angesteuerten Elektrode 113 aufgetreten ist.
8 zeigt ein CHK-Signal, die Sinusspannung v, die Ausgabe des Ladungsverstärkers 43/44, die Ausgabe des Differenzverstärkers 46 und die Ausgabe des Multiplikationsprozessors 52 (Ergebnis der Multiplikation). Es ist zu beachten, dass 8 ein Beispiel zeigt, in dem der Modus in den temporären Überwachungsmodus umschaltet, wenn das CHK-Signal einen hohen Pegel aufweist und die Sinusspannung v dämpft.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die 7 und 8 spezifische Beispiele für Fehlerermittlungen beschrieben, die von der Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 durchgeführt werden.
Erstens können, wie in 7 gezeigt, Kabelbrüche der Sensorelektrode 112 und der angesteuerten Elektrode 113 im gewöhnlichen Überwachungsmodus nicht erkannt werden, und daher schaltet die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53, wie in 8 gezeigt, während der Grifferfassung den Modus zu vorgegebenen Zeitpunkten (beispielsweise einmal alle 0,3 Sekunden) in den temporären Überwachungsmodus um, wie durch das CHK-Signal angezeigt. Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ermittelt, dass ein Kabel einen Bruch aufweist, wenn die Ausgabe des Differenzverstärkers 46 im temporären Überwachungsmodus eine kleinere Amplitudenänderung aufweist als die Ausgabe im temporären Überwachungsmodus im Normalzustand.
Es ist zu beachten, dass die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ermitteln kann, dass ein Kabel einen Bruch aufweist, wenn nach der Erfassung der Ausgabe (Ergebnis der Multiplikation) vom Multiplikationsprozessor 52 im temporären Überwachungsmodus anstelle der Ausgabe vom Differenzverstärker 46 das Ergebnis der Multiplikation sich mehr an A annähert als die Ausgabe im temporären Überwachungsmodus im Normalzustand. Hierbei ist A als Ergebnis der Multiplikation definiert, wenn in einem gewöhnlichen Zustand kein Griff (Berührung) erfolgt.
Erstens können, wie in 7 gezeigt, Elektrodenbrüche der Sensorelektrode 112 und der angesteuerten Elektrode 113 im gewöhnlichen Überwachungsmodus nicht erfasst werden, und daher schaltet die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 während der Grifferfassung, wie in 8 gezeigt, den Modus zu vorbestimmten Zeitpunkten (beispielsweise einmal alle 0,3 Sekunden) in den temporären Überwachungsmodus, wie durch das CHK-Signal angezeigt ist. Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ermittelt, dass eine Elektrode einen Bruch aufweist, wenn die Ausgabe des Differenzverstärkers 46 im temporären Überwachungsmodus eine kleinere Amplitude aufweist als die Ausgabe im temporären Überwachungsmodus im Normalzustand. Eine kleinere Amplitude bedeutet hierbei, dass die Amplitude im Vergleich zur Amplitude der Ausgabe vom Differenzverstärker 46 im temporären Überwachungsmodus in einem normalen Zustand abnimmt. Der Betrag der Amplitudenabnahme variiert in Abhängigkeit von der Position eines Bruchs aufgrund des Bruchs der Sensorelektrode 112/ der angesteuerten Elektrode 113, und je näher der Bruchabschnitt der Elektrode an einem Kabel liegt, desto kleiner ist die Amplitude.
Es ist zu beachten, dass die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ermitteln kann, dass eine Elektrode einen Bruch aufweist, wenn nach der Erfassung der Ausgabe (Ergebnis der Multiplikation) vom Multiplikationsprozessor 52 anstelle des Differenzverstärkers 46 im temporären Überwachungsmodus das Ergebnis der Multiplikation einen kleineren Wert anzeigt als die Ausgabe (Ergebnis der Multiplikation) im temporären Überwachungsmodus in einem normalen Zustand. Hier variiert der Betrag der Verringerung des Ergebnisses der Multiplikation in Abhängigkeit von der Position eines Bruchs aufgrund des Bruchs der Sensorelektrode 112/ der angesteuerten Elektrode 113, und je näher der Bruchabschnitt der Elektrode an einem Kabel ist, desto kleiner ist das Ergebnis der Multiplikation.
Wenn als Nächstes, wie in 7 gezeigt, ermittelt wird, ob die Sensorelektrode 112 und die angesteuerte Elektrode 113 nach Masse kurzgeschlossen sind, kann dies im gewöhnlichen Überwachungsmodus erfasst werden, und somit, wie in 8 gezeigt, ermittelt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 zum Zeitpunkt der normalen Grifferfassung, ob die Ausgabe des Ladungsverstärkers 43/44 niedriger ist als die Ausgabe in einem normalen Zustand. Um die Ermittlungsgenauigkeit zu verbessern, kann die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 zu diesem Zeitpunkt den Mittelwert der Ausgaben von den Ladungsverstärkern 43 und 44 bilden und ermitteln, dass die Sensorelektrode 112 und die angesteuerte Elektrode 113 nach Masse kurzgeschlossen sind, wenn der Mittelwert auf einen kleineren Wert als denjenigen im Normalzustand verschoben ist.
Es ist zu beachten, dass ein Kurzschluss nach Masse auch im temporären Überwachungsmodus erfasst werden kann und somit die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 auch im temporären Überwachungsmodus ermitteln kann, ob ein Kurzschluss nach Masse aufgetreten ist.
Wenn als nächstes, wie in 7 gezeigt, ermittelt wird, ob die Sensorelektrode 112 und die angesteuerte Elektrode 113 kurzgeschlossen sind, kann dies im gewöhnlichen Überwachungsmodus auf ähnliche Weise erfasst werden, wie wenn ermittelt wird, ob ein Kurzschluss nach Masse aufgetreten ist, und somit, wie in 8 gezeigt, ermittelt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 zum Zeitpunkt der normalen Grifferfassung, ob die Ausgabe vom Ladungsverstärker 43 oder 44 niedriger ist als die Ausgabe in einem normalen Zustand. Um die Ermittlungsgenauigkeit zu verbessern, kann die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 zu diesem Zeitpunkt den Mittelwert der Ausgabe vom Ladungsverstärker 43 oder 44 bilden und ermitteln, ob die Sensorelektrode 112 und die angesteuerte Elektrode 113 kurzgeschlossen sind, wenn der Mittelwert auf einen kleineren Wert als denjenigen im Normalzustand verschoben ist.
Es ist zu beachten, dass ein Kurzschluss der Sensorelektrode 112 und der angesteuerten Elektrode 113 im temporären Überwachungsmodus erfasst werden kann, und somit kann die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 das Auftreten eines Kurzschlusses der Sensorelektrode 112 und der angesteuerten Elektrode 113 auch im temporären Überwachungsmodus ermitteln.
Hierbei bedeuten die Symbole (*1) in den 7 und 8, dass die Ermittlung im temporären Überwachungsmodus auf der Grundlage der Ausgabe (Sensorsignal) des Differenzverstärkers 46 erfolgt. Die Symbole (*2) bedeuten, dass die Ermittlung sowohl im gewöhnlichen Überwachungsmodus als auch im temporären Überwachungsmodus auf der Grundlage der Ausgabe (ein Sensorsignal) des Ladungsverstärkers 44 oder der Ausgabe (ein angesteuertes Signal) des Ladungsverstärkers 43 oder des Mittelwerts der Ausgaben, der bei Auftreten eines Fehlers (in einem anormalen Zustand) versetzt wird, erfolgt. Die Bedeutung der durch (*1) angezeigten Ermittlung ist wie folgt. Im gewöhnlichen Überwachungsmodus ändert sich der Pegel der Ausgabe (ein Sensorsignal) des Differenzverstärkers 46 beim Auftreten eines Fehlers kaum, und daher ist die Fehlerermittlung schwierig. Im Gegensatz dazu kann die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 im temporären Überwachungsmodus leicht eine Fehlerermittlung vornehmen, indem sie eine Sinusspannung dämpft oder verstärkt, da die Amplitude, die die Spannung haben soll (eine Pegeländerung), kleiner ist, wenn ein Fehler auftritt (im anormalen Zustand). Es ist zu beachten, dass die Ausgabe (Ergebnis der Multiplikation) des Multiplikationsprozessors 52 im temporären Überwachungsmodus bei Auftreten eines Fehlers (im anormalen Zustand) ebenfalls kleiner ist als im Normalzustand, so dass die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 eine Fehlerermittlung auf der Grundlage des Vorangehenden vornehmen kann.
Wie oben beschrieben worden ist, umfasst der Lenkrad-Griffsensor 100 gemäß Ausführungsform 2 ferner: eine Fehlerüberwachungsvorrichtung 53, die überwacht, ob ein Fehler aufgetreten ist; und einen Dämpfungsschalter 42, der die Sinusspannung dämpft oder verstärkt. Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 weist einen gewöhnlichen Überwachungsmodus auf, in dem der Dämpfungsschalter 42 die Sinusspannung nicht dämpft oder verstärkt, und einen temporären Überwachungsmodus, in dem der Dämpfungsschalter 42 die Sinusspannung dämpft oder verstärkt. Im gewöhnlichen Überwachungsmodus überwacht die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53, ob wenigstens ein Masseschluss der angesteuerten Elektrode 113 und/oder ein Masseschluss der Sensorelektrode 112 aufgetreten ist, und im temporären Überwachungsmodus überwacht die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53, ob wenigstens ein Bruch der angesteuerten Elektrode 113 und/oder ein Bruch der Sensorelektrode 112 und/oder ein Kurzschluss zwischen der angesteuerten Elektrode 113 und der Sensorelektrode 112 aufgetreten ist.
Hierbei kann die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 einen Dämpfungsfaktor und einen Verstärkungsfaktor des Dämpfungsschalters 42 steuern.
Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit des Lenkrad-Griffsensors durch Steuern eines Dämpfungsfaktors und eines Verstärkungsfaktors festgelegt werden. Außerdem können ein Dämpfungsfaktor und ein Verstärkungsfaktor entsprechend den Variationen der einzelnen Lenkrad-Griffsensoren in angemessener Weise bestimmt werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor 100 ferner umfassen: eine Korrekturvorrichtung 55, der eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung der in der Sensorelektrode 112 erzeugten Ladungsmenge zu reduzieren, wobei die Änderung durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird. Der Multiplikationsprozessor 52 kann außerdem: eine Phase der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 44 um 90 Grad verschieben; die Sinusspannung mit der verschobenen Ausgangsspannung multiplizieren; und als einen Index der Umgebungsveränderung ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der verschobenen Ausgangsspannung an die Korrekturvorrichtung 55 ausgeben.
Wenn beispielsweise dementsprechend der Widerstand der Außenschicht 11, die ein Isolator ist, der die Sensorelektrode 112 bedeckt, die Eigenschaft hat, in Abhängigkeit von Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit zu variieren, kann die Erfassungsgenauigkeit durch eine Korrekturverarbeitung zur Reduzierung dieser Variation verbessert werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor 100 ferner umfassen: einen weiteren Ladungsverstärker 43, der ein kapazitives Rückkopplungselement C21 umfasst, eine Änderung einer in der angesteuerten Elektrode 113 erzeugten Ladungsmenge erfasst und die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung ausgibt, wobei die Änderung der Ladungsmenge durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird; und eine Korrekturvorrichtung 55, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung der in der angesteuerten Elektrode 113 erzeugten Ladungsmenge zu reduzieren, wobei die Änderung durch die Umgebungsveränderung verursacht wird. Der Multiplikationsprozessor 52 kann ferner: die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des weiteren Ladungsverstärkers 43 multiplizieren; und als einen Index der Umgebungsveränderung ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung an die Korrekturvorrichtung 55 ausgeben.
Wenn die Kapazität der Urethanschicht 13, die ein Isolator ist, der in Kontakt mit der angesteuerten Elektrode 113 ist, die Eigenschaft hat, in Abhängigkeit von Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit oder Temperatur zu variieren, kann die Erfassungsgenauigkeit durch eine Korrekturverarbeitung zur Reduzierung dieser Variation verbessert werden.
Hierbei kann der Lenkrad-Griffsensor 100 ferner umfassen: einen Stromverstärker 47, der ein resistives Rückkopplungselement R umfasst und eine Änderung eines in der angesteuerten Elektrode 113 erzeugten Stroms als eine Änderung einer Spannung ausgibt; und eine Korrekturvorrichtung 55, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung des in der angesteuerten Elektrode 113 erzeugten Stroms zu reduzieren, wobei die Änderung durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird. Der Multiplikationsprozessor 52 kann ferner die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des Stromverstärkers 47 multiplizieren und als einen Index der Umgebungsveränderung ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung an die Korrekturvorrichtung 55 ausgeben.
Wenn dementsprechend beispielsweise der Widerstandswert eines Isolators, der in Kontakt mit der angesteuerten Elektrode 113 steht, die Eigenschaft aufweist, in Abhängigkeit von Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit oder Temperatur zu variieren, kann die Erfassungsgenauigkeit durch eine Korrekturverarbeitung zur Reduzierung dieser Variation verbessert werden.
[Ausführungsform 3]
Ausführungsform 3 beschreibt eine Konfiguration zur Durchführung einer Fehlerüberwachung, um zu überwachen, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 normal ist und ob der Betrieb des Differenzverstärkers 46 normal ist.
10 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Lenkrad-Griffsensors 100 gemäß Ausführungsform 3 zeigt. 10 unterscheidet sich von 6 hauptsächlich dadurch, dass eine Ladungsversorgungsschaltung 48 und ein CHK-Anschluss Ti hinzugefügt sind.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf verschiedene Punkte, während redundante Beschreibungen der gleichen Punkte weggelassen werden.
Die Ladungsversorgungsschaltung 48 umfasst den Schalter S41, sowie den Widerstand R43 und den Kondensator C41, die parallel angeschlossen sind.
Ein Ende einer Parallelschaltung, die den Widerstand R43 und den Kondensator C41 umfasst, ist mit einem Ende des Schalters S41 verbunden. Ein weiteres Ende der Parallelschaltung ist mit einer Masseleitung verbunden.
Der Schalter S41 weist ein Ende auf, das mit dem Ende der Parallelschaltung verbunden ist, die den Widerstand R43 und den Kondensator C41 umfasst. Ein weiteres Ende des Schalters S41 ist mit einer Leitung verbunden, die einen Ausgangsanschluss des Multiplexers 45 und den zweiten Eingangsanschluss 12 des Ladungsverstärkers 44 verbindet. Der Schalter S41 wird in Abhängigkeit von einem zweiten Prüfsignal der Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ein- oder ausgeschaltet. Wenn der Schalter S41 eingeschaltet wird, ändert sich ein Eingangswert vom Ladungsverstärker 44 zum zweiten Eingangsanschluss 12. Es ist zu beachten, dass der Widerstandswert des Widerstands R43 und die Kapazität des Kondensators C41 vorgegeben sind. Die Schaltungskonfiguration ermöglicht es der Ladungsversorgungsschaltung 48, in einem Betriebsmodus zur Fehlerüberwachung zum Testen Ladung zuzuführen. So führt die Ladungsversorgungsschaltung 48 im Betriebsmodus zur Fehlerüberwachung dem Ladungsverstärker 44 über den zweiten Eingangsanschluss I2 eine vorbestimmte Ladungsmenge zu, indem der Schalter S41 eingeschaltet wird. Die vorbestimmte Ladungsmenge wird im Voraus ermittelt, um zu ermitteln, ob der Betrieb normal ist, und wird basierend auf dem Widerstandswert des Widerstands R43 und der Kapazität des Kondensators C41 ermittelt.
Der CHK-Anschluss Ti dient zur Weiterleitung eines zweiten Prüfsignals von der Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 an die Ladungsversorgungsschaltung 48. Das zweite Prüfsignal weist in einem gewöhnlichen Zustand einen niedrigen Pegel auf und weist einen hohen Pegel auf, wenn überwacht wird, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 normal ist. Es ist zu beachten, dass der Schalter S41 ausgeschaltet ist, wenn das zweite Prüfsignal den niedrigen Pegel aufweist, und dass der Schalter S41 eingeschaltet ist, wenn das zweite Prüfsignal den hohen Pegel aufweist.
Es ist zu beachten, dass, wenn überwacht wird, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 normal ist und ob der Betrieb des Differenzverstärkers 46 normal ist, der Multiplexer 45 mit einem der Sensoranschlüsse T1 bis T4 verbunden sein kann oder sich in einem Aus-Zustand befinden kann, in dem der Multiplexer 45 mit keinem der Sensoranschlüsse T1 bis T4 verbunden ist.
Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 überwacht im Betriebsmodus für die Fehlerüberwachung, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 und des Differenzverstärkers 46 normal ist.
Zunächst wird die Überwachung des Betriebs des Ladungsverstärkers 44 durch die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 beschrieben.
Es ist zu beachten, dass die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 überwacht, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 und des Differenzverstärkers 46 normal ist, wenn ein Benutzer das Lenkrad 3 nicht greift (anfasst) (beispielsweise wenn die Zündung des Fahrzeugs 1 eingeschaltet wird oder unmittelbar nachdem erfasst wurde, dass der Benutzer das Lenkrad 3 nicht greift).
Zunächst empfängt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ein Ausgangssignal durch den Ausgangsanschluss o1 über den Ausgangsüberwachungsanschluss Th, wenn das zweite Prüfsignal den niedrigen Pegel aufweist, oder mit anderen Worten, in einem Zustand, in dem der Schalter S41 ausgeschaltet ist, und speichert das Ausgangssignal im Speicher 57.
Als nächstes setzt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 das zweite Prüfsignal auf den hohen Pegel, um den Schalter S41 einzuschalten, und empfängt ein Ausgangssignal durch den Ausgangsanschluss o1 in einem Zustand, in dem der Schalter S41 eingeschaltet ist.
Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 berechnet einen Änderungsbetrag, indem sie ein Ausgangssignal, das durch den Ausgangsanschluss o1 in einem Zustand übertragen wird, in dem der Schalter S41 ausgeschaltet ist, und im Speicher 57 gespeichert ist, mit einem Ausgangssignal vergleicht, das durch den Ausgangsanschluss o1 in einem Zustand übertragen wird, in dem der Schalter S41 eingeschaltet ist, und im Speicher 57 gespeichert ist.
Hierbei sind, wie oben beschrieben, der Widerstandswert des Widerstands R43 und die Kapazität des Kondensators C41 vorgegeben, und somit kann der Änderungsbetrag des Ausgangssignals, das durch den Ausgangsanschluss o1 übertragen wird, wenn der Schalter S41 von Aus auf Ein übergeht, vorhergesagt werden.
Dementsprechend vergleicht die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 den berechneten Änderungsbetrag mit dem im Voraus vorhergesagten Änderungsbetrag und ermittelt, dass der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 normal ist, wenn der berechnete Änderungsbetrag von dem im Voraus vorhergesagten Änderungsbetrag um einen vorbestimmten Betrag oder weniger abweicht, und ermittelt, dass der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 anormal ist, wenn der berechnete Änderungsbetrag von dem im Voraus vorhergesagten Änderungsbetrag um den vorbestimmten Betrag oder mehr abweicht.
Als nächstes wird die Überwachung des Betriebs des Differenzverstärkers 46 durch die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 beschrieben.
Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 überwacht, ob der Betrieb des Differenzverstärkers 46 normal ist, wenn die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 feststellt, dass der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 normal ist.
Zunächst empfängt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 ein Ausgangssignal durch einen Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 46 über den AD-Anschluss Ta, wenn das zweite Prüfsignal den niedrigen Pegel aufweist, oder mit anderen Worten, in einem Zustand, in dem der Schalter S41 ausgeschaltet ist, und speichert das Ausgangssignal im Speicher 57.
Als nächstes setzt die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 das zweite Prüfsignal auf den hohen Pegel, um den Schalter S41 einzuschalten, und empfängt ein Ausgangssignal durch den Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 46 in einem Zustand, in dem der Schalter S41 eingeschaltet ist.
Die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 berechnet einen Änderungsbetrag, indem sie das im Speicher 57 gespeicherte Ausgangssignal des Differenzverstärkers 46 in einem Zustand, in dem der Schalter S41 ausgeschaltet ist, mit dem im Speicher 57 gespeicherten Ausgangssignal des Differenzverstärkers 46 in einem Zustand, in dem der Schalter S41 eingeschaltet ist, vergleicht.
Hierbei sind, wie oben beschrieben, der Widerstandswert des Widerstands R43 und die Kapazität des Kondensators C41 vorgegeben, und außerdem ist der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 normal, und somit kann der Änderungsbetrag eines Ausgangssignals des Differenzverstärkers 46 vorhergesagt werden, wenn der Schalter S41 von Aus auf Ein übergeht.
Dementsprechend vergleicht die Fehlerüberwachungsvorrichtung 53 den berechneten Änderungsbetrag mit dem im Voraus vorhergesagten Änderungsbetrag, ermittelt, dass der Betrieb des Differenzverstärkers 46 normal ist, wenn der berechnete Änderungsbetrag von dem im Voraus vorhergesagten Änderungsbetrag um einen vorbestimmten Betrag oder weniger abweicht, und ermittelt, dass der Betrieb des Differenzverstärkers 46 anormal ist, wenn der berechnete Änderungsbetrag von dem im Voraus vorhergesagten Änderungsbetrag um den vorbestimmten Betrag oder mehr abweicht.
Wie oben beschrieben worden ist, umfasst der Lenkrad-Griffsensor 100 gemäß Ausführungsform 3 außerdem eine Ladungsversorgungsschaltung 48 und kann überwachen, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers 44 und des Differenzverstärkers 46 normal ist.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Anwendung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform 3 beschränkt ist, und dass der Schalter S41 zuerst eingeschaltet werden kann und ein Ausgangssignal durch den Ausgangsanschluss o1 oder vom Differenzverstärker 46 in dem Speicher 57 gespeichert werden kann, und danach kann der Schalter S41 ausgeschaltet werden kann und ein Ausgangssignal durch den Ausgangsanschluss o1 oder vom Differenzverstärker 46 empfangen und mit den Daten eines im Speicher 57 gespeicherten Ausgangssignals verglichen werden kann.
[Ausführungsform 4]
Ausführungsform 4 beschreibt zusätzlich zu Ausführungsform 2 oder 3 eine Konfiguration zur Durchführung einer Korrekturverarbeitung zur Reduzierung von Betriebsänderungen, die durch eine Änderung der Umgebung des Lenkrad-Griffsensors 100 verursacht werden.
Eine solche Umgebungsveränderung in Ausführungsform 4 umfasst insbesondere eine Änderung des Widerstands der dielektrischen Schicht 12, eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode 112 und eine Änderung des Widerstands der Urethanschicht 13, die beispielsweise durch eine Änderung von Temperatur und/oder Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit verursacht werden. Im Folgenden bedeutet der Begriff „Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit“ sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit, oder entweder die Temperatur oder die Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit.
Die Sensorelektrode 112 ist um den Kranz 31 gewickelt, wobei dazwischen die dielektrische Schicht 12 vorgesehen ist. Der Kranz 31 ist geerdet, oder anders ausgedrückt, die Sensorelektrode 112 ist mit Masse verbunden, wobei dazwischen ein Widerstand Rx vorgesehen ist. Der Widerstand Rx weist einen parasitären Widerstand auf, der auf einer Widerstandskomponente der dielektrischen Schicht 12 basiert, die sich zwischen der Sensorelektrode 112 und Masse befindet. Der Widerstand Rx hat von Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit abhängige Eigenschaften.
Die Sensorelektrode 112 liegt dem Kranz 31 gegenüber, wobei beispielsweise eine Urethanschicht 13 dazwischen vorgesehen ist, oder ist um den Kranz 31 gewickelt, wobei beispielsweise eine Urethanschicht 13 dazwischen vorgesehen ist. Somit bilden die Sensorelektrode 112 und der Kranz 31 den Kondensator Cx. Da der Kranz 31 mit Masse verbunden ist, hat der Kondensator Cx, der die Sensorelektrode 112 und den Kranz 31 umfasst, eine bestimmte Kapazität. Es ist zu beachten, dass die Kapazität in Abhängigkeit von der Temperatur und der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit an der dielektrischen Schicht 12 und der Urethanschicht 13 unterschiedliche Eigenschaften aufweist.
Hierbei weisen der Widerstand Rx und der Kondensator Cx eine Korrelation auf. Vorzugsweise sind beispielsweise die dielektrische Schicht 12 und die Urethanschicht 13 so vorgesehen, dass die Korrelation eine Korrelation ist (im Folgenden als konstruktiv angestrebte Relation bezeichnet), die die Ermittlung des Lenkrad-Griffsensors 100, ob das Lenkrad gegriffen wird, weniger wahrscheinlich beeinträchtigt, auch wenn sich der Widerstandswert des Widerstands Rx und die Kapazität des Kondensators Cx in Abhängigkeit von der Temperatur und der Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit ändern. Es gibt jedoch Fälle, in denen die Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx weit von der konstruktiv angestrebten Relation entfernt ist, beispielsweise aufgrund von Variationen einzelner Produkte oder einer Verschlechterung im Laufe der Zeit.
In dem Lenkrad-Griffsensor 100 gemäß Ausführungsform 4 wird eine Korrekturverarbeitung durchgeführt, um zu verhindern, dass die Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx von der konstruktiv angestrebten Relation abweicht, beispielsweise aufgrund von Variationen einzelner Produkte oder einer Verschlechterung im Laufe der Zeit. Dementsprechend kann als Ergebnis eine Änderung im Betrieb des Lenkrad-Griffsensors 100 aufgrund der Umgebungsveränderung reduziert werden.
11 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Lenkrad-Griffsensors 100 gemäß Ausführungsform 4 zeigt. 11 unterscheidet sich von 10 hauptsächlich dadurch, dass ein variabler Widerstand Rv und ein Korrektursteueranschluss Tk hinzugefügt sind.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf verschiedene Punkte, während redundante Beschreibungen der gleichen Punkte weggelassen werden.
Der variable Widerstand Rv ist zwischen einer Masseleitung (Signalmasse) und einer Leitung angeschlossen, die den Ausgangsanschluss des Multiplexers 45 und den zweiten Eingangsanschluss I2 des Ladungsverstärkers 44 verbindet. Der variable Widerstand Rv weist einen Widerstandswert auf, der sich in Abhängigkeit von einem Korrektursteuersignal ändert, das von der Korrekturvorrichtung 55 durch den Korrektursteueranschluss Tk ausgegeben wird.
Der Korrektursteueranschluss Tk dient zur Übertragung eines Korrektursteuersignals von der Korrekturvorrichtung 55 zum variablen Widerstand Rv.
Die Korrekturvorrichtung 55 ermittelt aus den zweiten Multiplikationsdaten 68 und den dritten Multiplikationsdaten 69, ob die Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx um einen vorgegebenen Wert oder mehr von der konstruktiv angestrebten Relation abweicht.
Genauer führt die Korrekturvorrichtung 55 die Ermittlung wie folgt durch. Die zweiten Multiplikationsdaten 68 und die dritten Multiplikationsdaten 69 weisen eine Beziehung zum Widerstand Rx und zum Kondensator Cx auf. Dementsprechend werden beispielsweise zweite Multiplikationsdaten 68 und dritte Multiplikationsdaten 69, die der konstruktiv angestrebten Relation entsprechen, wenn der Benutzer das Lenkrad 3 nicht anfasst, für jedes Grad der Temperatur und jedes Grad der Feuchtigkeit/Lufteuchtigkeit gespeichert. Wenn (i) die aktuellen zweiten Multiplikationsdaten 68 und die aktuellen dritten Multiplikationsdaten 69, während der Benutzer das Lenkrad 3 nicht ergreift, und (ii) die zweiten Multiplikationsdaten 68 und die dritten Multiplikationsdaten 69, während der Benutzer das Lenkrad 3 nicht ergreift, unter den gleichen Bedingungen wie die aktuelle Temperatur und Feuchtigkeit/Luftfeuchtigkeit, um einen vorbestimmten Wert oder mehr voneinander abweichen, wird eine Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx als um den vorbestimmten Wert oder mehr von der konstruktiv angestrebten Relation abweichend ermittelt.
Wenn die Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx um den vorbestimmten Wert oder mehr von der konstruktiv angestrebten Relation abweicht, führt die Korrekturvorrichtung 55 eine Korrektur durch mittels Ändern des Widerstandswerts des variablen Widerstands Rv, um die Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx näher an die konstruktiv angestrebte Relation zu bringen.
Insbesondere, wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rx klein in Bezug auf die Kapazität des Kondensators Cx ist und die Korrelation von der konstruktiv angestrebten Relation abweicht, überträgt die Korrekturvorrichtung 55 ein Korrektursteuersignal an den variablen Widerstand Rv und erhöht den Widerstandswert des variablen Widerstands Rv.
Hierbei wird der kombinierte Widerstand Rs aus dem Widerstand Rx und dem variablen Widerstand Rv durch den Ausdruck 1 dargestellt.
[Math 1] $Rs = \frac{Rx \cdot Rv}{Rx + Rv} = \frac{Rx}{1 + Rx/Rv}$
Es kann verhindert werden, dass die Korrelation von der konstruktiv angestrebten Relation abweicht, indem der Widerstandswert des variablen Widerstands Rv erhöht wird, um in Bezug auf die Kapazität des Kondensators Cx den Widerstandswert des kombinierten Widerstands Rs näher an den Widerstandswert der konstruktiv angestrebten Relation zu bringen.
Wenn in ähnlicher Weise beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rx in Bezug auf die Kapazität des Kondensators Cx groß ist und die Korrelation von der konstruktiv angestrebten Relation abweicht, überträgt die Korrekturvorrichtung 55 ein Korrektursteuersignal an den variablen Widerstand Rv, um den Widerstandswert des variablen Widerstands Rv zu verringern, um den Widerstandswert des kombinierten Widerstands Rs nahe an den Widerstandswert der konstruktiv angestrebten Relation zu bringen.
12 zeigt ein Beispiel für eine Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx. Die vertikale Achse zeigt die Kapazität des Kondensators Cx und die horizontale Achse zeigt den Widerstandswert des Widerstands Rx oder des kombinierten Widerstands Rs. Die durchgezogene Linie L0 zeigt die konstruktiv angestrebte Relation an und zeigt beispielsweise eine Korrelation in einem Anfangszustand zum Zeitpunkt der Werksauslieferung oder eine Korrelation bei einer gewöhnlichen Temperatur an. Gestrichelte Linien L1 und L2 zeigen Fälle an, in denen die Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx weit von der konstruktiv angestrebten Relation entfernt ist, beispielsweise aufgrund von Variationen einzelner Produkte oder einer Verschlechterung im Laufe der Zeit. Die Korrekturvorrichtung 55 korrigiert den Widerstandswert des kombinierten Widerstands Rs durch Erhöhen/Verringern des Widerstandswerts des variablen Widerstands Rv. Wie durch die Pfeile in 12 gezeigt, können die gestrichelten Linien L1 und L2, die von der konstruktiv angestrebten Relation abweichen, näher an die konstruktiv angestrebte Relation gebracht werden, die durch die durchgezogene Linie L0 angezeigt wird.
Eine solche Konfiguration ermöglicht eine Korrekturverarbeitung, um zu verhindern, dass die Korrelation zwischen dem Widerstand Rx und dem Kondensator Cx aufgrund von Variationen einzelner Produkte oder einer Verschlechterung im Laufe der Zeit von der konstruktiv angestrebten Relation abweicht, und folglich können Änderungen im Betrieb des Lenkrad-Griffsensors 100, die durch eine Umgebungsveränderung verursacht werden, reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass in den obigen Ausführungsformen jedes der Elemente durch dedizierte Hardware konfiguriert werden kann, oder durch die Ausführung eines für das Element geeigneten Softwareprogramms erhalten werden kann. Jedes Element kann durch eine Programmausführungsvorrichtung wie eine CPU oder einen Prozessor erhalten werden, der ein Softwareprogramm liest und ausführt, das in einem Aufzeichnungsmedium wie einer Festplatte oder einem Halbleiterspeicher gespeichert ist. Hierbei ist die Software, die die Aktualisierung des Lenkrad-Griffsensors gemäß den Ausführungsformen ermöglicht, ein Programm wie folgt.
Somit veranlasst dieses Programm einen Computer, ein Griff-Erfassungsverfahren zur Verwendung in einem Lenkrad-Griffsensor auszuführen, der eine angesteuerte Elektrode, die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrades erstreckt, und eine Sensorelektrode, die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode gegenüberliegt, umfasst. Das Griff-Erfassungsverfahren umfasst: Zuführen einer Sinusspannung zu der angesteuerten Elektrode; Erfassen einer Änderung einer Ladungsmenge, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode erzeugt wird, durch einen Ladungsverstärker, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst; Erzeugen einer Ausgangsspannung, die sich entsprechend der Änderung der erfassten Ladungsmenge ändert, durch den Ladungsverstärker; Multiplizieren der Sinusspannung mit der vom Ladungsverstärker erzeugten Ausgangsspannung; Glätten eines Ergebnisses der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung mittels Integration; und Ermitteln, ob das Lenkrad gegriffen wird, entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses.
Das Vorangehende ist eine Beschreibung des Lenkrad-Griffsensors gemäß einem oder mehreren Aspekten auf der Grundlage von Ausführungsformen, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang des einen oder der mehreren Aspekte der vorliegenden Offenbarung umfasst auch Ausführungsformen, die sich aus dem Hinzufügen verschiedener Modifikationen zu den Ausführungsformen ergeben, die von Fachleuten erdacht werden können, sowie Ausführungsformen, die durch die Kombination von Elementen in verschiedenen Ausführungsformen erhalten werden, solange die resultierenden Ausführungsformen nicht vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Offenbarung abweichen.
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Lenkrad-Griffsensor, der einen Griff einer Person an ein Lenkrad erfasst.
Bezugszeichenliste

41: Sinuswellengenerator
42: Dämpfungsschalter
43, 44: Ladungsverstärker
48: Ladungsversorgungsschaltung
52: Multiplikationsprozessor
53: Fehlerüberwachungsvorrichtung (Überwachungsvorrichtung)
54: Integrator
56: Griff-Ermittler
57: Speicher
62: erster AD-Wandler
63: zweiter AD-Wandler
72: erste digitale Daten
73: zweite digitale Daten
100: Lenkrad-Griffsensor
112: Sensorelektrode
113: angesteuerte Elektrode
o1: Ausgangsanschluss
A11: Operationsverstärker
C11: kapazitives Rückkopplungselement
I1: erster Eingangsanschluss
I2: zweiter Eingangsanschluss
R11: resistives Rückkopplungselement
Rv: variabler Widerstand
Rx: Widerstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7656169 [0003]

Claims

Lenkrad-Griffsensor, umfassend: eine angesteuerte Elektrode, die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrades erstreckt; eine Sensorelektrode, die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode gegenüberliegt; einen Sinuswellengenerator, der eine Sinusspannung der angesteuerten Elektrode zuführt; einen Ladungsverstärker, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst, eine Änderung einer Ladungsmenge erfasst, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode erzeugt wird, und die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung ausgibt; einen Multiplikationsprozessor, der die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers multipliziert; einen Integrator, der mittels Integration ein Ergebnis der Multiplikation vom Multiplikationsprozessor glättet; und einen Griff-Ermittler, der entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses ermittelt, ob das Lenkrad gegriffen wird.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 1, wobei der Ladungsverstärker umfasst: einen ersten Eingangsanschluss, der die Sinusspannung empfängt; einen zweiten Eingangsanschluss, der mit der Sensorelektrode verbunden ist; einen Ausgangsanschluss; wobei das kapazitive Rückkopplungselement zwischen dem Ausgangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss angeschlossen ist; und einen Operationsverstärker, der mit dem ersten Eingangsanschluss, dem zweiten Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss verbunden ist, und wobei der Ladungsverstärker die Sinusspannung, die durch den Ausgangsanschluss ausgegeben wird, über das kapazitive Rückkopplungselement der Sensorelektrode zuführt.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sinuswellengenerator ein Rechteckwellensignal empfängt und die Sinusspannung in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal erzeugt.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ladungsverstärker einen Tiefpassfilter umfasst, der parallel zu dem kapazitiven Rückkopplungselement angeschlossen ist, und wobei der Tiefpassfilter ein Signal mit einer Frequenz niedriger als eine Frequenz der Sinusspannung durchlässt.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Speicher; einen ersten Analog-Digital-(AD)-Wandler, der eine AD-Wandlung der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als erste digitale Daten in dem Speicher speichert; und einen zweiten AD-Wandler, der eine AD-Wandlung der Sinusspannung des Sinuswellengenerators in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als zweite digitale Daten in dem Speicher speichert, wobei der Multiplikationsprozessor eine Verarbeitung zur Mittelung jeweils einer Wellenform, die durch die ersten digitalen Daten angegeben wird, und einer Wellenform, die durch die zweiten digitalen Daten angegeben wird, durchführt und die ersten gemittelten digitalen Daten mit den zweiten gemittelten digitalen Daten multipliziert.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Speicher; einen ersten Analog-Digital-(AD)-Wandler, der eine AD-Wandlung der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers in Synchronisation mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als erste digitale Daten in dem Speicher speichert; und einen zweiten AD-Wandler, der eine AD-Wandlung der Sinusspannung des Sinuswellengenerators synchron mit dem Rechteckwellensignal durchführt und ein Ergebnis der AD-Wandlung als zweite digitale Daten in dem Speicher speichert, wobei der Multiplikationsprozessor die ersten digitalen Daten mit den zweiten digitalen Daten multipliziert und eine Verarbeitung zur Mittelung einer Wellenform durchführt, die durch digitale Daten angegeben wird, die aus der Multiplikation der ersten digitalen Daten mit den zweiten digitalen Daten resultieren.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Rechteckwellensignal auf eine von wenigstens drei Frequenzen umgeschaltet wird, und wobei der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler für jede der wenigstens drei Frequenzen die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten in dem Speicher speichern.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens zwei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens drei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen, und wobei der Multiplikationsprozessor Abschnitte der ersten digitalen Daten, die verschiedenen der wenigstens drei Zyklen der Wellenform entsprechen, vergleicht und einen der Abschnitte der ersten digitalen Daten mit einem am weitesten entfernten Wert verwirft.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der erste AD-Wandler und der zweite AD-Wandler die ersten digitalen Daten bzw. die zweiten digitalen Daten erzeugen, wobei die ersten digitalen Daten und die zweiten digitalen Daten jeweils wenigstens drei Zyklen einer Wellenform der Sinusspannung entsprechen, und wobei der Multiplikationsprozessor für jeden der wenigstens drei Zyklen der Wellenform einen Mittelwert und eine Abweichung eines Abschnitts der ersten digitalen Daten, die dem Zyklus entsprechen, berechnet und den Abschnitt der ersten digitalen Daten verwirft, der dem Zyklus entspricht, wenn die Abweichung größer oder gleich einem Schwellenwert ist.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 10, wobei der Multiplikationsprozessor eine Frequenz des Rechteckwellensignals ändert, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen, für die die Abweichung größer oder gleich dem Schwellenwert ist, in einer fortlaufenden Folge auftritt.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: eine Überwachungsvorrichtung, die überwacht, ob ein Fehler aufgetreten ist; und einen Dämpfungsschalter, der die Sinusspannung dämpft oder verstärkt, wobei die Überwachungsvorrichtung einen gewöhnlichen Überwachungsmodus aufweist, in dem der Dämpfungsschalter die Sinusspannung nicht dämpft oder verstärkt, und einen temporären Überwachungsmodus, in dem der Dämpfungsschalter die Sinusspannung dämpft oder verstärkt, wobei im gewöhnlichen Überwachungsmodus die Überwachungsvorrichtung überwacht, ob wenigstens ein Masseschlussfehler der angesteuerten Elektrode und/oder ein Masseschlussfehler der Sensorelektrode aufgetreten ist, und wobei im temporären Überwachungsmodus die Überwachungsvorrichtung überwacht, ob wenigstens ein Bruch der angesteuerten Elektrode und/oder ein Bruch der Sensorelektrode und/oder ein Kurzschluss zwischen der angesteuerten Elektrode und der Sensorelektrode aufgetreten ist.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 12, wobei die Überwachungsvorrichtung einen Dämpfungsfaktor und einen Verstärkungsfaktor des Dämpfungsschalters steuert.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend: eine Korrekturvorrichtung, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung einer in der Sensorelektrode erzeugten Ladungsmenge zu reduzieren, wobei die Änderung durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird, wobei der Multiplikationsprozessor ferner: eine Phase der Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers um 90 Grad verschiebt; die Sinusspannung mit der verschobenen Ausgangsspannung multipliziert; und als einen Index der Umgebungsveränderung ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der verschobenen Ausgangsspannung an die Korrekturvorrichtung ausgibt.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend: einen weiteren Ladungsverstärker, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst, eine Änderung einer in der angesteuerten Elektrode erzeugten Ladungsmenge erfasst und die Änderung der Ladungsmenge als eine Änderung einer Spannung ausgibt, wobei die Änderung der Ladungsmenge durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird; und eine Korrekturvorrichtung, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung der in der angesteuerten Elektrode erzeugten Ladungsmenge zu reduzieren, wobei die Änderung durch die Umgebungsveränderung verursacht wird, wobei der Multiplikationsprozessor ferner: die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des weiteren Ladungsverstärkers multipliziert; und als einen Index der Umgebungsveränderung ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung an die Korrekturvorrichtung ausgibt.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend: einen Stromverstärker, der ein resistives Rückkopplungselement umfasst und eine Änderung eines in der angesteuerten Elektrode erzeugten Stroms als eine Änderung einer Spannung ausgibt; und eine Korrekturvorrichtung, die eine Korrekturverarbeitung durchführt, um eine Änderung des in der angesteuerten Elektrode erzeugten Stroms zu reduzieren, wobei die Änderung durch eine Umgebungsveränderung verursacht wird, wobei der Multiplikationsprozessor ferner die Sinusspannung mit einer Ausgangsspannung des Stromverstärkers multipliziert und ein Ergebnis der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung als einen Index der Umgebungsveränderung an die Korrekturvorrichtung ausgibt.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 4, wobei der Tiefpassfilter umfasst: ein erstes Widerstandselement; ein zweites Widerstandselement, das in Reihe mit dem ersten Widerstandselement angeschlossen ist; ein erstes kapazitives Element, das mit einem Verbindungspunkt des ersten Widerstandselements und des zweiten Widerstandselements verbunden ist; und ein drittes Widerstandselement, das in Reihe mit dem ersten kapazitiven Element angeschlossen ist.
Lenkrad-Griffsensor nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine Ladungsversorgungsschaltung, die in einem Betriebsmodus zur Fehlerüberwachung dem Ladungsverstärker eine vorbestimmte Ladungsmenge zuführt, wobei die Überwachungsvorrichtung überwacht, ob der Betrieb des Ladungsverstärkers normal ist, basierend auf einer Ausgabe des Ladungsverstärkers, wenn von der Ladungsversorgungsschaltung keine Ladung zugeführt wird, und auf einer Ausgabe des Ladungsverstärkers, wenn von der Ladungsversorgungsschaltung Ladung zugeführt wird.
Lenkrad-Griffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner umfassend: einen variablen Widerstand, der zwischen Masse und einem Verbindungspunkt der Sensorelektrode und des Ladungsverstärkers vorgesehen ist.
Griff-Erfassungsverfahren zur Verwendung in einem Lenkrad-Griffsensor, der eine angesteuerte Elektrode, die eine flache Form aufweist und sich entlang eines Kranzes eines Lenkrades erstreckt, und eine Sensorelektrode, die eine flache Form aufweist und der angesteuerten Elektrode gegenüberliegt, umfasst, wobei das Griff-Erfassungsverfahren umfasst: Zuführen einer Sinusspannung zu der angesteuerten Elektrode; Erfassen einer Änderung einer Ladungsmenge, die entsprechend der Kapazität der Sensorelektrode erzeugt wird, mittels eines Ladungsverstärkers, der ein kapazitives Rückkopplungselement umfasst; Erzeugen einer Ausgangsspannung durch den Ladungsverstärker, die sich entsprechend der Änderung der erfassten Ladungsmenge ändert; Multiplizieren der Sinusspannung mit der vom Ladungsverstärker erzeugten Ausgangsspannung; Glätten eines Ergebnisses der Multiplikation der Sinusspannung mit der Ausgangsspannung mittels Integration; und Ermitteln, ob das Lenkrad gegriffen wird, entsprechend einem Pegel des geglätteten Ergebnisses.