DE102021129932A1

DE102021129932A1 - Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements

Info

Publication number: DE102021129932A1
Application number: DE102021129932.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Schmitt; Ciprian Musat
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2023-05-17
Also published as: WO2023088825A1

Abstract

Gemäß einem Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements (3) wird das kapazitive Element (3) während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen geladen und anschließend innerhalb desselben Messzyklus wird eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element (3) auf ein weiteres kapazitives Element (5) übertragen. Nach der Vielzahl von Messzyklen wird ein Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element (5) übertragene Gesamtladungsmenge bestimmt. Es wird geprüft, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist. Abhängig von einem Ergebnis der Prüfung wird das Vorliegen eines Fehlers festgestellt und ein Fehlertyp des Fehlers bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements, wobei das kapazitive Element während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen geladen wird und anschließend eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf ein weiteres kapazitives Element übertragen wird und nach der Vielzahl von Messzyklen ein Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge bestimmt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion einer Benutzereingabe, die eine Berührung eines kapazitiven Elements durch einen Benutzer beinhaltet, eine Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements, ein Benutzereingabegerät mit einer solchen Vorrichtung, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Benutzereingabegerät sowie ein Computerprogrammprodukt.
Im Dokument US 6,466,036 B1 wird ein Pulsschaltkreis zur Messung der Kapazität eines Sensorplättchens angegeben, der dazu in der Lage ist, wiederholt auf dem Sensorplättchens akkumulierte Ladung auf einen Kondensator zu übertragen und nach einer Vielzahl von Wiederholungen die übertragene Ladungsmenge auszulesen beziehungsweise eine entsprechende Spannung auszulesen, um die Kapazität des Sensorplättchens zu bestimmen. Ein solches Verfahren wird auch als Q-Charge Verfahren bezeichnet.
Solche Schaltkreise können beispielsweise zur kapazitiven Erkennung von Benutzereingaben verwendet werden, wobei die Annäherung oder Berührung des Sensorplättchens durch den Benutzer die Kapazität der Sensorplatte ändert und dadurch die Berührung oder Annäherung detektiert werden kann. Insbesondere kann eine solche Berührungserkennung für Anwendungen im Innenraum von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, beispielsweise bei der Erkennung der Betätigung von berührungsempfindlichen Bedienfeldern oder Bedienelementen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements in der eingangs beschriebenen Weise eine Möglichkeit zur Fehlerdetektion und insbesondere zur Fehlerklassifizierung anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf der Idee, die auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge nach der Vielzahl von Messzyklen anhand des Messwerts derart zu prüfen, dass festgestellt wird, ob der Messwert kleiner oder gleich einem ersten Schwellwert ist oder ob er größer oder gleich einem zweiten Schwellwert ist. Abhängig davon wird der Fehlertyp des Fehlers bestimmt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements angegeben. Das kapazitive Element wird dabei während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinander folgender Messzyklen geladen, beispielsweise vollständig geladen, und anschließend wird innerhalb desselben Messzyklus eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf ein weiteres kapazitives Element übertragen. Mit anderen Worten wird in jedem Messzyklus das kapazitive Element geladen und ein Teil der Ladung von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragen. Nach der Vielzahl von Messzyklen, also insbesondere nach Ende aller Messzyklen der Vielzahl von Messzyklen, wird, insbesondere mittels einer Auswerteeinheit, ein Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element übertragene, insbesondere von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragene, Gesamtladungsmenge bestimmt. Es wird geprüft, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und es wird geprüft, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist. Der zweite Schwellwert ist größer als der erste Schwellwert. Abhängig von einem Ergebnis der Prüfung wird das Vorliegen eines Fehlers festgestellt und ein Fehlertyp des Fehlers bestimmt, insbesondere mittels der Auswerteeinheit.
Zum Bestimmen des Messwerts kann beispielsweise eine an dem weiteren kapazitiven Element anliegende Spannung beziehungsweise die über dem weiteren kapazitiven Element abfallende Spannung gemessen werden. Der Messwert entspricht also insbesondere einem Spannungswert oder hängt von einem entsprechenden Spannungswert des weiteren kapazitiven Elements ab. Die Spannungsmessung zur Bestimmung des Messwerts erfolgt dabei insbesondere erst, wenn die Vielzahl von Messzyklen beendet ist.
In bevorzugten Ausführungsformen entspricht der Messwert einer Differenz zwischen dem Spannungswert und einem Referenzspannungswert.
Der Referenzspannungswert kann dabei beispielsweise einer vor der Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen gemessener vorheriger Spannungswert des weiteren kapazitiven Elements sein.
Statt den nach der Vielzahl von Messzyklen gemessenen Spannungswert also direkt mit dem Schwellwert zu vergleichen oder dessen Differenz zu einem festen Referenzwert mit dem Schwellwert zu vergleichen, kann auf diese Weise ein dynamisch nachgeführter Referenzspannungswert realisiert werden. Detektiert wird dann insbesondere die Änderung in der Spannung, die an dem weiteren kapazitiven Element anliegt. Diese Änderung kann insbesondere auf eine Berührung des kapazitiven Elements durch einen Benutzer und eine resultierende Vergrößerung der Kapazität des kapazitiven Elements zurückgehen. Folglich steigt die in einem einzelnen Messzyklus von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element an und somit auch die Gesamtladungsmenge. Durch den dynamisch nachgeführten Referenzspannungswert können beispielsweise Temperaturschwankungen kompensiert werden, so dass eine zuverlässigere Berührungsdetektion ermöglicht wird. Sind solche Schwankungen vernachlässigbar, kann jedoch auch ein statischer Referenzspannungswert verwendet werden.
Die während eines Messzyklus von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragene Ladungsmenge entspricht nicht notwendigerweise genau der Ladungsmenge, die beim Laden des kapazitiven Elements während desselben Messzyklus auf das kapazitive Element geladen wurde. Beispielsweise kann beim Laden des kapazitiven Elements ein Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element unterbunden werden und zum Übertragen der Ladungsmenge kann der Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element zugelassen werden.
Während die Ladung sich im Verlauf der Vielzahl von aufeinanderfolgenden Messzyklen auf dem weiteren kapazitiven Element zur Gesamtladungsmenge akkumuliert, kann das kapazitive Element beispielsweise nach jedem einzelnen Messzyklus oder innerhalb jedes einzelnen Messzyklus entladen, also zurückgesetzt, werden.
Ein Messzyklus kann also mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte beinhalten, die unterschiedlichen Zuständen des kapazitiven Elements und des weiteren kapazitiven Elements beziehungsweise eines Schaltkreises mit dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element entsprechen. Das kapazitive Element kann beispielsweise als Kondensator ausgestaltet sein oder eine einzelne Sensorfläche beinhalten, wobei die Kapazität des kapazitiven Elements dann beispielsweise durch die Eigenkapazität der Sensorfläche, beispielsweise gegenüber einem Massepotential, gegeben sein kann.
Das weitere kapazitive Element kann ebenfalls als Kondensator ausgestaltet sein. Die Dimensionierung des weiteren kapazitiven Elements ist dabei insbesondere derart gewählt, dass eine Kapazität des weiteren kapazitiven Elements um ein Vielfaches größer ist eine maximale Kapazität des kapazitiven Elements. Beispielsweise kann das Verhältnis der Kapazität des weiteren kapazitiven Elements zur maximalen Kapazität des kapazitiven Elements im Bereich 10 bis 1000 liegen, insbesondere im Bereich 100 bis 1000.
Die Auswerteeinheit kann auch als eine Recheneinheit angesehen werden oder eine Recheneinheit enthalten. Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.
Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstelle und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.
Abhängig von dem Messwert kann die Auswerteeinheit beispielsweise, insbesondere wenn kein Fehler vorliegt, die Kapazität des kapazitiven Elements abhängig von dem Messwert bestimmen. Indem die Bestimmung der Kapazität des kapazitiven Elements also indirekt über die auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge erfolgt, kann die Genauigkeit bei der Kapazitätsbestimmung signifikant erhöht werden, da nicht die sehr viel geringeren Spannungen, die an dem kapazitiven Element selbst anliegen, gemessen und ausgewertet werden müssen.
Die Vorrichtung zur Detektion der Berührung des kapazitiven Elements, insbesondere durch einen Benutzer, kann insbesondere die Auswerteeinheit sowie den Schaltkreis mit dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element beinhalten. Bei dem Fehler kann es sich dann insbesondere um einen Fehler der Vorrichtung oder in der Vorrichtung beziehungsweise zur Versorgung oder zum Betrieb der Vorrichtung handeln.
Insbesondere handelt es sich bei dem Fehler um einen Fehler, der den Messwert beeinflusst. Es kann sich also beispielsweise um eine Offenschaltung, auch als Open-Load oder Open-Circuit bezeichnet, handeln, bei der eine Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element unterbrochen oder teilweise unterbrochen ist. Es kann sich bei dem Fehler auch um einen Kurzschluss der Verbindungsleitung mit einem anderen Anschluss, beispielsweise einem Referenzpotentialanschluss, insbesondere einem Masseanschluss, oder einem Spannungsversorgungsanschluss handeln.
Je nachdem, ob und welche Art von Fehler vorliegt, welcher Fehlertyp also vorliegt, hat dies unterschiedliche Auswirkungen auf den Messwert. Liegt beispielsweise eine Offenschaltung vor, so kann das kapazitive Element beispielsweise weniger geladen werden, als dies beim fehlerlosen Betrieb der Fall wäre. Dementsprechend kann auch weniger Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element übertragen werden. Dementsprechend ist der Messwert kleiner, als im fehlerfreien Betrieb zu erwarten wäre. Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn ein Kurzschluss zum Massepotential vorliegt. Hier kann die Ladung des kapazitiven Elements beziehungsweise die Übertragung von Ladung auf das weitere kapazitive Element vollständig zum Erliegen kommen, so dass der Messwert letztlich noch geringer ist. Im Falle eines Kurzschlusses zur Versorgungsspannung wird das weitere kapazitive Element beispielsweise vollständig geladen, so dass nach Ende der Vielzahl von Messzyklen stets dieselbe maximale Spannung ausgelesen wird. Der Messwert ist dementsprechend deutlich höher, als im fehlerfreien Betrieb zu erwarten ist.
Indem erfindungsgemäß zwei oder mehr Schwellwerte vorgesehen sind und der Messwert sowohl dahingehend analysiert wird, ob er größer oder gleich des zweiten Schwellwerts ist und ob er kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert ist, können unterschiedliche Fehlertypen identifiziert werden. Dementsprechend können unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet werden, je nachdem welcher Fehlertyp vorliegt.
Um zu prüfen, ob der Messwert kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist, kann die Auswerteeinheit beispielsweise den Messwert mit dem ersten Schwellwert vergleichen und, falls der Messwert größer ist als der erste Schwellwert, den Messwert auch mit dem zweiten Schwellwert vergleichen.
Hier und im Folgenden wird angenommen, dass der Messwert positiv ist. Alternativ kann der Messwert auch als Absolutwert eines negativen Messwerts verstanden werden. Gegebenenfalls sind die Vorzeichen und Ungleichungen entsprechend zu invertieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Messwert mit dem ersten Schwellwert verglichen. Wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem ersten Schwellwert kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert ist, so wird das Vorliegen des Fehlers festgestellt und der Fehler wird einem vordefinierten ersten Fehlertyp zugeordnet.
Das Vergleichen des Messwerts mit dem ersten Schwellwert kann dabei insbesondere als Teil der Prüfung aufgefasst werden, ob der Messwert kleiner oder gleich dem vorgegebenen ersten Schwellwert ist. Indem der Fehler dem ersten Fehlertyp zugeordnet wird, wird der Fehlertyp insbesondere als der erste Fehlertyp bestimmt.
Der erste Fehlertyp kann beispielsweise einem Kurzschluss der elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element zum Massepotential entsprechen. Der erste Fehlertyp kann auch einer Situation entsprechen, in der entweder einer Kurzschluss zum Massepotential oder eine Offenschaltung vorliegt, wobei nicht bestimmt wird, welche der beiden Situationen vorliegt. Je nachdem wie groß der erste Schwellwert ist, können beide Varianten realisiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Messwert mit dem zweiten Schwellwert verglichen, wenn, insbesondere nur wenn beziehungsweise genau dann, wenn, der Messwert größer ist als der erste Schwellwert. Wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem zweiten Schwellwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist, so wird das Vorliegen des Fehlers festgestellt und der Fehler wird einem zweiten Fehlertyp zugeordnet.
Das Vergleichen des Messwerts mit dem zweiten Schwellwert kann insbesondere als Teil der Prüfung verstanden werden, ob der Messwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist. Indem der Fehler dem zweiten Fehlertypen zugeordnet wird, wird der Fehlertyp insbesondere als der zweite Fehlertyp bestimmt.
Der zweite Fehlertyp kann insbesondere einen Kurzschluss der elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element zu dem Versorgungsspannungsanschluss entsprechen. Der Versorgungsspannungsanschluss kann beispielsweise zum Anschließen einer Spannungsquelle an das kapazitive Element dienen, um das kapazitive Element während der Vielzahl von Messzyklen zu laden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Messwert mit einem dritten vorgegebenen Schwellwert verglichen, wenn, insbesondere nur wenn beziehungsweise genau dann, wenn der Messwert größer ist als der erste Schwellwert. Wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem dritten Schwellwert kleiner oder gleich dem dritten Schwellwert ist, so wird das Vorliegen des Fehlers festgestellt und der Fehler wird einem dritten Fehlertyp zugeordnet.
Der Vergleich des Messwerts mit dem dritten Schwellwert erfolgt dabei insbesondere bevor der Messwert gegebenenfalls in entsprechenden Ausführungsformen mit dem zweiten Schwellwert verglichen wird. Insbesondere ist der dritte Schwellwert größer als der erste Schwellwert und kleiner als der zweite Schwellwert.
In solchen Ausführungsformen kann der erste Fehlertyp beispielsweise dem Kurzschluss zum Referenzpotentialanschluss, also zum Massepotentialanschluss, entsprechen und der dritte Fehlertyp kann der Offenschaltung entsprechen.
Indem zunächst der Vergleich mit dem ersten Schwellwert durchgeführt wird und nur dann der Vergleich mit dem dritten Schwellwert, wenn der Messwert größer ist als der erste Schwellwert, können die entsprechenden Fehlertypen eindeutig zugeordnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Messwert mit dem zweiten Schwellwert verglichen, wenn, insbesondere nur wenn, beispielsweise genau dann, wenn der Messwert größer ist als der dritte Schwellwert.
Insbesondere kann der erste Fehlertyp dem Kurzschluss der Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element mit dem Referenzpotentialanschluss entsprechen und/oder der dritte Fehlertyp einer Unterbrechung oder teilweisen Unterbrechung der elektrischen Verbindungsleitung, also einer Offenschaltung, und/oder der zweite Fehlertyp kann dem Kurzschluss der Verbindungsleitung mit dem Versorgungsspannungsanschluss entsprechen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, festgestellt, dass der Fehler nicht vorliegt, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem zweiten Schwellwert kleiner als der zweite Schwellwert ist.
Insbesondere wird festgestellt, dass der Fehler nicht vorliegt, wenn gemäß den beschriebenen Vergleichen der Messwert größer ist als der erste Schwellwert, größer als der dritte Schwellwert und kleiner als der zweite Schwellwert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält jeder der Messzyklen einen Ladeabschnitt, wobei das Laden des kapazitiven Elements während des Ladeabschnitts erfolgt. Jeder der Messzyklen enthält einen Übertragungsabschnitt, wobei das Übertragen der Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element während des Übertragungsabschnitts erfolgt.
Der Übertragungsabschnitt liegt dabei nach dem Ladeabschnitt desselben Messzyklus, folgt aber nicht notwendigerweise unmittelbar auf diesen. Insbesondere beinhaltet jeder Messzyklus der Vielzahl von Messzyklen mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte, die den Ladeabschnitt und den Übertragungsabschnitt enthalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält jeder der Messzyklen einen Zwischenabschnitt zwischen dem Ladeabschnitt und dem Übertragungsabschnitt, wobei das kapazitive Element während des Zwischenabschnitts weder geladen noch entladen wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist jeder der Messzyklen einen weiteren Zwischenabschnitt vor dem Ladeabschnitt oder nach dem Übertragungsabschnitt auf, wobei das kapazitive Element während des weiteren Zwischenabschnitts weder geladen noch entladen wird.
Beispielsweise kann jeder Messzyklus den Ladeabschnitt, den Zwischenabschnitt, den Übertragungsabschnitt und den weiteren Zwischenabschnitt in dieser Reihenfolge beinhalten oder daraus bestehen. Alternativ kann jeder der Messzyklen den weiteren Zwischenabschnitt, den Ladeabschnitt, den Zwischenabschnitt und den Übertragungsabschnitt in dieser Reihenfolge beinhalten oder daraus bestehen.
Wie oben erläutert, kann durch die entsprechende Beschaltung des kapazitiven Elements und des weiteren kapazitiven Elements ein Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element und dem weiteren kapazitiven Element während des Ladeabschnitts unterbunden werden und während des Übertragungsabschnitts zugelassen werden. Durch die Zwischenabschnitte kann vermieden werden, dass beim Umschalten von dem Ladeabschnitt zu dem Übertragungsabschnitt oder umgekehrt Leckströme von dem weiteren kapazitiven Element ausgehend die Messung verfälschen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Detektion einer Benutzereingabe angegeben, wobei die Benutzereingabe die Berührung eines kapazitiven Elements durch einen Benutzer beinhaltet. Das Verfahren zur Detektion einer Benutzereingabe beinhaltet die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fehlerdetektion. Die Benutzereingabe oder die Berührung wird abhängig von dem Messwert bestimmt, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, insbesondere wenn abhängig von dem Ergebnis der Prüfung festgestellt wird, dass der Fehler nicht vorliegt.
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit den Messwert mit einem weiteren Schwellwert vergleichen, der größer ist als der erste Schwellwert und kleiner ist als der zweite Schwellwert. Insbesondere ist der weitere Messwert größer als der dritte Schwellwert. Die Benutzereingabe oder die Berührung wird detektiert, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem weiteren Schwellwert größer ist als der weitere Schwellwert und insbesondere kleiner als der zweite Schwellwert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements angegeben. Die Vorrichtung weist einen Anschluss auf, um das kapazitive Element mit der Vorrichtung zu verbinden. Die Vorrichtung weist einen Schaltkreis auf, der dazu eingerichtet ist, während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinander folgender Messzyklen das kapazitive Element mit einer Spannungsquelle zu verbinden, um das kapazitive Element zu laden und anschließend innerhalb desselben Messzyklus eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf ein weiteres kapazitives Element der Vorrichtung zu übertragen. Die Vorrichtung weist eine Auswerteeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, nach der Vielzahl von Messzyklen einen Messwert betreffend eine während der Anzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element übertragene Gesamtladungsmenge zu bestimmen. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, zu prüfen, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, abhängig von einem Ergebnis der Prüfung das Vorliegen eines Fehlers festzustellen und einen Fehlertyp des Fehlers zu bestimmen.
Im Allgemeinen ist das kapazitive Element nicht notwendigerweise Bestandteil der Vorrichtung. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung, insbesondere der Schaltkreis, jedoch das kapazitive Element beinhalten. Das weitere kapazitive Element kann beispielsweise ebenfalls Teil des Schaltkreises sein.
Ebenso ist im Allgemeinen die Spannungsquelle nicht notwendigerweise Bestandteil der Vorrichtung. Die Vorrichtung kann aber in verschiedenen Ausführungsformen die Spannungsquelle beinhalten.
Um das kapazitive Element mit der Spannungsquelle zu verbinden beziehungsweise um die Ladungsmenge von dem kapazitiven Element auf das weitere kapazitive Element zu übertragen, kann der Schaltkreis beispielsweise entsprechende Schaltelemente sowie eine Steuerung zur Steuerung der Schaltelemente aufweisen. Die Steuerung kann in verschiedenen Ausgestaltungsformen auch Teil der Auswerteeinheit sein.
Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Mikrocontroller beinhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Auswerteeinheit einen Analog-Digital-Wandler, ADC, der mit dem weiteren kapazitiven Element verbindbar ist, um den Messwert zu bestimmen, insbesondere um eine über dem weiteren kapazitiven Element abfallende Spannung als den Messwert zu bestimmen.
Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßes Verfahrens zur Fehlerdetektion und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion einer Benutzereingabe und jeweils umgekehrt. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen oder sie führt ein solches Verfahren durch.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Benutzereingabegerät, auch als Benutzereingabeschnittstelle bezeichnet, angegeben, insbesondere ein Benutzereingabegerät zur Verwendung in einem Kraftfahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs. Das Benutzereingabegerät weist ein kapazitives Element auf, das zur Berührung durch einen Benutzer angeordnet und geeignet ist. Das Benutzereingabegerät enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Benutzereingabegerät angegeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung der Befehle durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere durch die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, veranlassen die Befehle die Vorrichtung dazu, ein erfindungsgemäßen Verfahren zur Fehlerdetektion oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements durchzuführen.
Das Computerprogramm kann beispielsweise als Computerprogramm mit den Befehlen ausgestaltet sein. Das Computerprogrammprodukt kann auch als computerlesbares Speichermedium mit einem Computerprogramm ausgestaltet sein, das die Befehle beinhaltet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen von der Erfindung umfasst sein. Es sind insbesondere auch Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
In den Figuren zeigen:

1a eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand;
1b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 1a in einem Zwischenzustand;
1c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 1 b und 1c in einem Ladezustand;
1d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 1 a bis 1c in einem Übertragungszustand;
1 e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 1 a bis 1 d in einem Auslesezustand;
2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Teils einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Teils einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 schematisch verschiedene Schwellwerte in einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
5a eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand;
5b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 5a in einem Zwischenzustand;
5c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 5b und 5c in einem Ladezustand;
5d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 5a bis 5c in einem Übertragungszustand;
5e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 5a bis 5d in einem Auslesezustand;
6a eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand;
6b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 6a in einem Zwischenzustand;
6c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 6b und 6c in einem Ladezustand;
6d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 6a bis 6c in einem Übertragungszustand;
6e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 6a bis 6d in einem Auslesezustand;
7a eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Initialisierungszustand;
7b eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 7a in einem Zwischenzustand;
7c eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 7b und 7c in einem Ladezustand;
7d eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 7a bis 7c in einem Übertragungszustand; und
7e eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 7a bis 7d in einem Auslesezustand.

In 1 a bis 1e ist eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, die beispielsweise Teil eines Benutzereingabegeräts 1, beispielsweise zum Einsatz im Innenraum eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt), ist. Die 1a bis 1e stellen dabei unterschiedliche Zustände der Vorrichtung 2 entsprechend unterschiedlicher Abschnitte von Messzyklen in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das Benutzereingabegerät 1 weist ein kapazitives Element 3 auf, das zur Berührung durch einen Benutzer angeordnet und eingerichtet ist. Das kapazitive Element 3 kann beispielsweise als berührungsempfindliche Folie oder berührungsempfindliches Sensorplättchen ausgestaltet sein. Der Benutzer kann eine Oberfläche des kapazitiven Elements 3 beispielsweise berühren oder sich ihr mit einem Finger nähern, um eine Benutzereingabe zu tätigen. Durch die Annäherung oder Berührung des kapazitiven Elements 3 durch den Benutzer ändert sich dessen Kapazität. Die Vorrichtung 2 ist dazu in der Lage, die Kapazität oder die Veränderung der Kapazität des kapazitiven Elements 3 zu bestimmen und basierend darauf auf das Vorliegen der Benutzereingabe zu schließen.
Die Kapazität des kapazitiven Elements 3 kann dabei als Eigenkapazität gegenüber einem Massepotential verstanden werden. Daher ist das kapazitive Element 3 in den Figuren 1a bis 1e als Kondensator dargestellt, dessen erster Anschluss mit einem Referenzpotentialanschluss 9, insbesondere einem Masseanschluss, verbunden ist.
Die Vorrichtung 2 weist einen Anschluss 4 auf, um das kapazitive Element 3, insbesondere einen zweiten Anschluss des kapazitiven Elements 3, mit der Vorrichtung 2 zu verbinden, sowie ein weiteres kapazitives Element 5, das beispielsweise als Kondensator ausgestaltet sein kann.
Der zweite Anschluss des kapazitiven Elements 3 ist mit einem ersten Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 verbunden. Der zweite Anschluss des kapazitiven Elements 3 ist dabei insbesondere direkt mit dem Sensorplättchen oder der berührungsempfindlichen Folie oder dergleichen verbunden oder wird dadurch gebildet. Ein zweiter Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 ist mit einem ersten Anschluss 7 einer Auswerteeinheit 6 der Vorrichtung 2 verbunden. Ein zweiter Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 ist mit dem zweiten Anschluss des kapazitiven Elements sowie mit dem ersten Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 verbunden. Die Auswerteeinheit 6 kann beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen sonstigen integrierten Schaltkreis beinhalten.
Die Vorrichtung 2 weist auch einen Schaltkreis auf, der in den Figuren 1a bis 1e nicht separat dargestellt ist. Der Schaltkreis beinhaltet eine Steuerung sowie mehrere Schaltelemente, die von der Steuerung angesteuert werden können. Die Steuerung kann auch Teil der Auswerteeinheit 6 sein. Die Schaltelemente sind angeordnet und dazu eingerichtet, angesteuert durch die Steuerung, die Anschlüsse 7 und 8 der Auswerteeinheit 6 je nach aktuellem Zustand der Vorrichtung 2 mit dem Referenzpotentialanschluss 9 zu verbinden oder von diesem zu trennen. Anhand der Schaltelemente kann die Steuerung des Weiteren eine Spannungsquelle 10, die beispielsweise Teil der Vorrichtung 2 oder des Benutzereingabegeräts 1 sein kann oder extern zu diesen vorgesehen sein kann, mit dem zweiten Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 verbinden beziehungsweise die Verbindung trennen, je nach Zustand der Vorrichtung 2.
Die Auswerteeinheit 6 weist außerdem einen Analog-Digital-Wandler, ADC, 11 auf, der mit dem zweiten Anschluss 8 verbindbar ist. Insbesondere kann der Schaltkreis den ADC 11 je nach Zustand der Vorrichtung 2 mit dem zweiten Anschluss 8 verbinden oder davon trennen.
Die 1a bis 1e zeigen eine Situation, in der kein Fehler vorliegt. In 5a bis 5e ist die Vorrichtung der 1a bis 1e in denselben Zuständen nochmals dargestellt, wobei hier ein Fehler vorliegt, der durch eine teilweise oder vollständige Unterbrechung, also beispielsweise einen Leitungsbruch, einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element 3 und dem weiteren kapazitiven Element 5, gegeben ist. Die Unterbrechung oder teilweise Unterbrechung kann dabei insbesondere zwischen dem Anschluss 4 und dem kapazitiven Element 3 liegen oder zwischen dem Anschluss 4 und dem weiteren kapazitiven Element 5.
Ein solcher Fehler, der auch als Offenschaltung, „open load“ oder „open circuit“ bezeichnet werden kann, kann beispielsweise auf eine nicht korrekt verbundene Steckverbindung, einen Defekt des Sensorplättchen oder der berührungsempfindlichen Folie oder dergleichen zurückgehen.
In 6a bis 6e ist die Vorrichtung der 1a bis 1e in denselben Zuständen nochmals dargestellt, wobei hier ein Fehler vorliegt, der durch einen Kurzschluss zweiten Anschlusses des kapazitiven Elements 3 und damit des ersten Anschlusses des weiteren kapazitiven Elements 5 mit dem Referenzpotentialanschluss 9 gegeben ist. Es liegt also insbesondere ein Kurzschluss zur Masse vor.
In 7a bis 7e ist die Vorrichtung der 1a bis 1e in denselben Zuständen nochmals dargestellt, wobei hier ein Fehler vorliegt, der durch einen Kurzschluss zweiten Anschlusses des kapazitiven Elements 3 und damit des ersten Anschlusses des weiteren kapazitiven Elements 5 mit einen Spannungsversorgungsanschluss 17 gegeben ist. Der Spannungsversorgungsanschluss 17 kann dabei insbesondere einem Ausgang der Spannungsquelle 10 entsprechen oder mit diesem verbunden sein. Es liegt also insbesondere ein Kurzschluss zur Versorgungsspannung vor.
Bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden verschiedene Zustände S0, S1, S2, S3, S4 der Vorrichtung 2, wie sie in 1a bis 1e sowie 5a bis 7e dargestellt sind, zum Teil zyklisch beziehungsweise wiederholt durchlaufen, wie es beispielhaft in 2 dargestellt ist. S0 bezeichnet dabei einen Initialisierungszustand der Vorrichtung 2 während eines Initialisierungsabschnitts des Verfahrens und S4 bezeichnet einen Auslesezustand der Vorrichtung 2 während eines Ausleseabschnitts des Verfahrens.
Die Zustände S1 bis S3 bilden einen Messzyklus, wobei zur Durchführung des Verfahrens eine Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen durchgeführt wird. Wie sich 2 entnehmen lässt, wird zur Bestimmung der Kapazität des kapazitiven Elements 3, beziehungsweise zur Detektion der Benutzereingabe, die Vorrichtung 2 zunächst in den Initialisierungszustand S0 gebracht, danach wird die Vielzahl von Messzyklen durchgeführt und wiederum danach wird die Vorrichtung 2 in den Auslesezustand S4 gebracht. Der in 2 skizzierte Ablauf kann auch als Messvorgang bezeichnet werden, wobei der Messvorgang im Betrieb der Vorrichtung 2 beziehungsweise des Benutzereingabegeräts 1 ebenfalls wiederholt durchgeführt werden kann, um eine dauerhafte Überwachung des kapazitiven Elements 3 hinsichtlich einer Berührung durch den Benutzer zu realisieren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wie es in 2 dargestellt ist, beinhaltet jeder Messzyklus einen Zwischenabschnitt, einen darauffolgenden Ladeabschnitt, einen darauf folgenden weiteren Zwischenabschnitt und einen darauf folgenden Übertragungsabschnitt. Dementsprechend wird die Vorrichtung 2 während eines Messzyklus von einem mit S1 bezeichneten Zwischenzustand in einen mit S2 bezeichneten Ladezustand überführt, an den sich der Zwischenzustand S1 erneut anschließt, gefolgt von einem mit S3 bezeichneten Übertragungszustand. Nach Beendigung des Messzyklus wird mittels der Auswerteeinheit 6 überprüft, ob eine vorgegebene Anzahl von Messzyklen pro Messvorgang erreicht ist. Ist dies der Fall, so wird die Vorrichtung 2 in den Auslesezustand S4 gebracht, anderenfalls folgt der nächste Messzyklus.
Im Zustand S0 verbindet die Steuerung mittels des Schaltkreises den ersten Anschluss 7 sowie den zweiten Anschluss 8 jeweils mit dem Referenzpotentialanschluss 9. Damit sind der erste und der zweite Anschluss des kapazitiven Elements 3 sowie der erste und der zweite Anschluss des weiteren kapazitiven Elements 5 jeweils mit dem Referenzpotentialanschluss 9 verbunden. Dementsprechend werden während des Initialisierungszustands S0 sowohl das kapazitive Element 3 als auch das weitere kapazitive Element 5 entladen. Im darauffolgenden ersten Zwischenabschnitt wird die Vorrichtung 2 in den Zwischenzustand S1, der auch als Schaltzustand oder Umschaltzustand bezeichnet werden kann, gebracht. Hier werden die Anschlüsse 7 und 8 der Auswerteeinheit 6 von dem Referenzpotentialanschluss 9 getrennt. Die Vorrichtung 2 bleibt während des Zwischenabschnitts für eine Zwischendauer, die beispielsweise kleiner als 1 µs ist, beispielsweise zwischen 0,1 µs und 1 µs liegt, in dem Zwischenzustand S1.
Danach überführt die Steuerung mittels des Schaltkreises die Vorrichtung 2 in den Ladezustand S2. Im Vergleich zum Zwischenzustand S1 wird hier der zweite Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 mit der Spannungsquelle 10 verbunden, um so das kapazitive Element 3 zu laden. Indem beispielsweise der erste Anschluss 7 intern auf eine hohe Impedanz gesetzt wird, ändert sich dabei die Ladungsmenge auf dem weiteren kapazitiven Element 5 nicht. Der Ladezustand S2 wird für eine vorgegebene Ladedauer beibehalten, die beispielsweise im Bereich von 1 µs bis 10 µs liegen kann. Danach wird die Vorrichtung 2 während eines weiteren Zwischenabschnitts wieder in den Zwischenzustand S1 gebracht. Eine weitere Zwischendauer des weiteren Zwischenabschnitts kann beispielsweise gleich der Zwischendauer des Zwischenabschnitts sein.
Während eines darauffolgenden Übertragungsabschnitts wird die Vorrichtung 2 durch die Steuerung des Schaltkreises in den Übertragungszustand S3, der auch als Transferzustand bezeichnet werden kann, gebracht. Hier wird der zweite Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 nun auf eine hohe Impedanz gesetzt, und der erste Anschluss 7 wird mit dem Referenzpotentialanschluss 9 verbunden. Dadurch kann ein Ladungsausgleich zwischen dem kapazitiven Element 3 und dem weiteren kapazitiven Element 5 stattfinden. Die Kapazität des weiteren kapazitiven Element 5 ist um ein Vielfaches höher gewählt als die maximale Kapazität des weiteren kapazitiven Elements 3, so dass effektiv eine durch die beiden Kapazitäten bestimmte Ladungsmenge von dem kapazitiven Element 3 auf das weitere kapazitive Element 5 übertragen wird.
Eine Übertragungsdauer des Übertragungsabschnitts kann beispielsweise in einem Bereich von 0,5 µs bis 5 µs oder in einem Bereich von 0,5 µs bis 2 µs oder dergleichen liegen. Eine Auslesedauer des Auslesezeitraums kann beispielsweise in einem Bereich von 0,5 bis 5 µs oder einem Bereich von 0,5 µs bis 2 µs liegen.
Die Zustände S1, S2, S1, S3 werden in dieser Reihenfolge, wie in 2 angedeutet, zyklisch wiederholt, bis eine vorgegebene Gesamtzahl von Messzyklen durchlaufen wurde, beispielsweise 300 bis 500 Messzyklen. Nach der Gesamtzahl von Messzyklen wurde in den jeweiligen Übertragungsabschnitten insgesamt eine Gesamtladungsmenge von dem kapazitiven Element 3 auf das weitere kapazitive Element 5 übertragen. Diese Gesamtladungsmenge wird nun im darauffolgenden Ausleseabschnitt mittels der Auswerteeinheit 6 ausgelesen. Hierzu wird die Vorrichtung 2 mittels der Steuerung und des Schaltkreises in den Auslesezustand S4 gebracht. Dazu bleibt der erste Anschluss 7 der Auswerteeinheit 6 mit dem Referenzpotentialanschluss 9 verbunden und der zweite Anschluss 8 der Auswerteeinheit 6 wird mit dem ADC 11 verbunden, um die Spannung zwischen Anschluss 4 der Vorrichtung 2 und dem Referenzpotentialanschluss 9 zu messen und so einen Messwert zu bestimmen, der die Gesamtladungsmenge wiedergibt.
Nach dem Ausleseabschnitt kann die Auswerteeinheit 6 den so bestimmten Messwert mit zwei oder mehr vorgegeben Schwellwerten vergleichen, um festzustellen, ob ein Fehler vorliegt, und wenn ja, dem Fehler einen Fehlertyp zuzuordnen.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Teils eines erfindungsgemäßen Verfahrens, der mit dem Auslesezustand S4 beginnt und zur Fehlererkennung und Fehlerklassifizierung dient.
In 4 sind schematisch mehrere Schwellwerte für den Messwert als horizontale Linien dargestellt, wobei die Ordinatenachse dem Messwert entspricht. Insbesondere sind drei Schwellwerte 12a, 12b, 12c vorgesehen, die den unterschiedlichen Fehlertypen entsprechen. Ist der Messwert kleiner als der Schwellwert 12a, so kann von einem Kurzschluss zum Referenzpotential 9 ausgegangen werden. Ist der Messwert kleiner als der Schwellwert 12b, aber größer als der Schwellwert 12a, so handelt es sich um eine Offenschaltung. Ist der Messwert größer als der Schwellwert 12c, so handelt es sich um einen Kurzschluss zum Spannungsversorgungsanschluss 17. Zudem ist die theoretische Obergrenze 16 für den Messwert eingezeichnet. Die Obergrenze 16 kann beispielsweise dem Maximalwert des ADC 11 entsprechen.
In Schritt S5 des Verfahrens in 3 vergleicht die Auswerteeinheit 6 den Messwert mit dem Schwellwert 12a. Ist der Messwert kleiner als der Schwellwert 12a, so wird das Verfahren in Schritt S6 fortgesetzt, anderenfalls in Schritt S9. In Schritt S6 wird ein erster Zählerwert betreffend den Fehlertyp des Kurzschlusses zum Referenzpotentialanschluss 9 um ein Inkrement erhöht, da der Messwert kleiner war als der entsprechende Schwellwert 12a. Im Schritt S7 vergleicht dann die Auswerteeinheit 6 den aktuellen ersten Zählerwert mit einem entsprechenden ersten Fehlerbestätigungswert. Ist der erste Zählerwert größer als der erste Fehlerbestätigungswert, so wird der Fehler in Schritt S8 bestätigt. Mit anderen Worten gilt der Fehler dann als detektiert. Dementsprechend kann beispielsweise in einem entsprechenden Fehlerregister ein Fehlerbit gesetzt werden. Sodann kann das Verfahren wie bezüglich 2 beschrieben mit dem nächsten Messzyklus und Schritt S1 fortgeführt werden. Alternativ kann das Benutzereingabegerät 1 auch deaktiviert werden oder das Verfahren nicht mehr weitergeführt werden, wenn das Fehlerbit in Schritt S8 gesetzt wurde.
Wird in Schritt S5 nicht festgestellt, dass der Messwert kleiner ist als der Schwellwert 12a, so wird der Messwert in Schritt S9 mit dem Schwellwert 12b verglichen. Ist der Messwert kleiner als der Schwellwert 12b, so wird das Verfahren mit Schritt S10 fortgeführt, anderenfalls mit Schritt S13. In Schritt S10 wird ein zweiter Zählerwert um ein Inkrement erhöht, da gemäß dem Vergleich aus Schritt S9 eine Offenschaltung vorliegt. In Schritt S11 kann analog wie bezüglich Schritt S7 beschrieben, der zweite Zählerwert mit einem entsprechenden zweiten Fehlerbestätigungswert verglichen werden. Ist der zweite Zählerwert größer als der zweite Fehlerbestätigungswert, so kann ein entsprechendes weiteres Fehlerbit in Schritt S12 gesetzt werden, was das Vorliegen der Offenschaltung bestätigt. Sodann kann das Verfahren mit dem nächsten Messzyklus weitergeführt werden oder das Benutzereingabegerät 1 wie beschrieben deaktiviert werden oder dergleichen.
Wird in Schritt S9 festgestellt, dass der Messwert nicht kleiner ist als der Schwellwert 12b, so wird in Schritt S13 der Messwert mit dem Schwellwert 12c verglichen. Ist der Messwert größer als der Schwellwert 12c, so wird das Verfahren mit Schritt S14 fortgesetzt, anderenfalls mit Schritt S17. In Schritt S14 wird, analog wie bezüglich Schritt S6 beziehungsweise S10 beschrieben, ein dritter Zählerwert um ein Inkrement erhöht, um der Feststellung eines Kurzschlusses zum Spannungsversorgungsanschluss 17 anhand des Vergleichs aus Schritt S13 Rechnung zu tragen. In Schritt S15 wird, analog wie bezüglich Schritt S7 und Schritt S11 beschrieben, der dritte Zählerwert mit einem dritten Fehlerbestätigungswert verglichen. Ist der dritte Zählerwert größer als der dritte Fehlerbestätigungswert, so wird in Schritt S16 ein entsprechendes Fehlerbit gesetzt. Sodann kann der nächste Messzyklus durchgeführt werden oder das Benutzereingabegerät 1 entsprechend deaktiviert werden.
Wird in Schritt S13 festgestellt, dass der Messwert kleiner ist als der Schwellwert 12c, so befindet sich der Messwert also insbesondere zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 12c. Dies ist der Bereich, der für einen fehlerfreien Betrieb der Vorrichtung 2 zu erwarten ist. Dementsprechend wird in Schritt S17 festgestellt, dass kein Fehler vorliegt.
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 6 durch Vergleich des Messwerts mit einem weiteren Schwellwert 13 bestimmen, ob eine Berührung durch den Benutzer vorliegt oder nicht. Ist der Messwert größer als der weitere Schwellwert 13, so kann davon ausgegangen werden, dass eine Berührung vorliegt, ist der Messwert kleiner als der weitere Schwellwert 13, so liegt keine Berührung vor. Es kann jedoch auch eine Hysterese berücksichtigt werden, indem ein Schwellwert 14 vorgesehen ist, der etwas kleiner ist als der Schwellwert 13. Es kann dann beispielsweise eine Berührung detektiert werden, wenn der Messwert größer ist als der Schwellwert 13 und so lange er größer ist als der Schwellwert 14. Die Schwellwerte 13 und 14 liegen jeweils zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 12c. Außerdem ist eine Baseline oder Bezugslinie 15 eingezeichnet, die zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 13 liegt, insbesondere zwischen dem Schwellwert 12b und dem Schwellwert 14. Die Bezugslinie 15 kann beispielsweise nachgeführt werden, so dass die Detektion basierend auf einer Veränderung des Messwerts bezüglich der Bezugslinie 15 detektiert werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann neben den Zählerwerten für die Fehler auch ein jeweiliger weiterer Zählerwert vorgesehen werden, der jeweils um ein Inkrement erhöht wird, wenn der entsprechende Fehlertyp am Ende des entsprechenden Messzyklus festgestellt nicht wird. Wird also nach einem Messzyklus entsprechend dem beschriebenen Verfahren festgestellt, dass kein Fehler vorliegt, so können alle weiteren Zähler betreffend die Heilung um 1 Inkrement erhöht werden. Es kann auch ein individuelles Vorgehen implementiert sein, indem für jeden Fehlertyp spezifisch entschieden wird, ob der weitere Fehlerspeicher betreffend die Heilung des jeweiligen Fehlertyps inkrementiert wird. Es kann dann ebenfalls ein entsprechender Heilungsbestätigungsgrenzwert für jeden der Zähler vorgesehen sein und das entsprechende Fehlerbit beispielsweise zurückgesetzt werden, wenn dieser erreicht ist. Der Fehler ist dann nicht mehr aktiv. Es kann jedoch in einem Speicherelement gespeichert werden, dass der Fehler vorlag, um eine entsprechende Dokumentation zu gewährleisten.
Wie insbesondere bezüglich der Figuren beschrieben, ermöglicht es die Erfindung, verschiedene Fehlertypen in einer Vorrichtung zur Detektion der Berührung eines kapazitiven Elements, insbesondere basierend auf einem Q-Charge-Verfahren, zu detektieren und zu klassifizieren.
Insbesondere für Anwendungen in Kraftfahrzeugen kann so das Erfordernis einer elektrischen Fehlerdetektion umfassend erfüllt werden. Speziell Benutzereingabegeräte, die mit sicherheitsrelevanten Funktionen verknüpft sind, beispielsweise mit Funktionen zur Gefahrenwarnung, zur Beleuchtungssteuerung, für eine Parkbremse oder zum Sperren und Entsperren der Türen des Fahrzeugs, ist eine zuverlässige und differenzierte Fehleranalyse gemäß der Erfindung von Vorteil. Die Erfindung kann selbstverständlich auch auf mehrere kapazitive Elemente beziehungsweise mehrere Benutzereingabegeräte, also mehrere berührungsempfindliche Elemente, insbesondere im Fahrzeug angewendet werden. Es ist dann Vorteil, jedes Benutzereingabegerät mit individuellen Schwellwerten zu versehen, um Unterschieden in der konkreten Ausführung, Toleranzbereichen oder Leitungskapazitäten ausreichend Rechnung zu tragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6466036 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb einer Vorrichtung zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements (3), wobei - während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen das kapazitive Element (3) geladen und anschließend innerhalb desselben Messzyklus eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element (3) auf ein weiteres kapazitives Element (5) übertragen wird; - nach der Vielzahl von Messzyklen ein Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element (5) übertragene Gesamtladungsmenge bestimmt wird; und dadurch gekennzeichnet, dass - geprüft wird, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist; - abhängig von einem Ergebnis der Prüfung das Vorliegen eines Fehlers festgestellt wird und ein Fehlertyp des Fehlers bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Messwert mit dem ersten Schwellwert verglichen wird; - das Vorliegen des Fehlers festgestellt wird und der Fehler einem ersten Fehlertyp zugeordnet wird, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem ersten Schwellwert kleiner oder gleich dem ersten Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Messwert mit dem zweiten Schwellwert verglichen wird, wenn der Messwert größer als der erste Schwellwert; - das Vorliegen des Fehlers festgestellt wird und der Fehler einem zweiten Fehlertyp zugeordnet wird, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem zweiten Schwellwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Messwert mit einem dritten Schwellwert verglichen wird, wenn der Messwert größer als der erste Schwellwert ist; - das Vorliegen des Fehlers festgestellt wird und der Fehler einem dritten Fehlertyp zugeordnet wird, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem dritten Schwellwert kleiner oder gleich dem dritten Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - der Messwert mit dem zweiten Schwellwert verglichen wird, wenn der Messwert größer als der dritte Schwellwert ist; - das Vorliegen des Fehlers festgestellt wird und der Fehler einem zweiten Fehlertyp zugeordnet wird, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem zweiten Schwellwert größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Fehlertyp einem Kurzschluss einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element (3) und dem weiteren kapazitiven Element (5) mit einem Referenzpotentialanschluss (9) entspricht; und/oder - der dritte Fehlertyp einer Unterbrechung oder einer teilweisen Unterbrechung der elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element (3) und dem weiteren kapazitiven Element (5) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fehlertyp einem Kurzschluss einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem kapazitiven Element (3) und dem weiteren kapazitiven Element (5) mit einem Spannungsversorgungsanschluss (17) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - jeder der Messzyklen einen Ladeabschnitt enthält, wobei das Laden des kapazitiven Elements während des Ladeabschnitts erfolgt; - jeder der Messzyklen einen Übertragungsabschnitt enthält, wobei das Übertragen der Ladungsmenge von dem kapazitiven Element (3) auf das weitere kapazitive Element (5) während des Übertragungsabschnitts erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - jeder der Messzyklen einen Zwischenabschnitt zwischen dem Ladeabschnitt und dem Übertragungsabschnitt enthält, wobei das kapazitive Element (3) während des Zwischenabschnitts weder geladen noch entladen wird; und/oder - jeder der Messzyklen einen weiteren Zwischenabschnitt vor dem Ladeabschnitt oder nach dem Übertragungsabschnitt enthält, wobei das kapazitive Element (3) während des weiteren Zwischenabschnitts weder geladen noch entladen wird.
Verfahren zur Detektion einer Benutzereingabe, die eine Berührung eines kapazitiven Elements (3) durch einen Benutzer beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird; - die Benutzereingabe oder die Berührung abhängig von dem Messwert bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - der Messwert mit einem weiteren Schwellwert verglichen wird, der größer ist als der erste Schwellwert und kleiner als der zweite Schwellwert; und - die Benutzereingabe oder die Berührung detektiert wird, wenn der Messwert gemäß dem Vergleich mit dem weiteren Schwellwert größer ist, als der weitere Schwellwert.
Vorrichtung (2) zur Detektion einer Berührung eines kapazitiven Elements (3), die Vorrichtung (2) aufweisend - einen Anschluss (4), um das kapazitive Element (3) mit der Vorrichtung (2) zu verbinden; - einen Schaltkreis, der dazu eingerichtet ist, während jedes Messzyklus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Messzyklen - das kapazitive Element (3) mit einer Spannungsquelle (10) zu verbinden, um das kapazitive Element (3) zu laden; und - anschließend eine Ladungsmenge von dem kapazitiven Element (3) auf ein weiteres kapazitives Element (5) der Vorrichtung (2) zu übertragen; und - eine Auswerteeinheit (6), die dazu eingerichtet ist, nach der Vielzahl von Messzyklen einen Messwert betreffend eine während der Vielzahl von Messzyklen insgesamt auf das weitere kapazitive Element (5) übertragene Gesamtladungsmenge zu bestimmen; dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) dazu eingerichtet ist, - zu prüfen, ob der Messwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen ersten Schwellwert ist und ob der Messwert größer oder gleich einem vorgegebenen zweiten Schwellwert ist; - abhängig von einem Ergebnis der Prüfung das Vorliegen eines Fehlers festzustellen und einen Fehlertyp des Fehlers zu bestimmen.
Benutzereingabegerät (1) aufweisend ein kapazitives Element (3), das zur Berührung durch einen Benutzer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Benutzereingabegerät (1) eine Vorrichtung (2) gemäß Anspruch 12 enthält.
Kraftfahrzeug mit einem Benutzereingabegerät (1) nach Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt mit Befehlen, die bei Ausführung durch eine Vorrichtung (2) nach Anspruch 12 die Vorrichtung (2) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.