DE112012000923B4

DE112012000923B4 - Als kapazitive Erfassungselekrode betriebenes Heizelement

Info

Publication number: DE112012000923B4
Application number: DE112012000923.1T
Authority: DE
Inventors: Laurent Lamesch; Thomas Meyers
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: WO2012113795A1; US20130334196A1; DE112012000923T5; LU91791B1; US9656575B2

Abstract

Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination, beispielsweise für einen Fahrzeugsitz, umfassend ein Heizungsnetz einschließlich eines Heizelements (11), das zwischen einem ersten Knoten (11.1) und einem zweiten Knoten (11.2) angeschlossen ist, um Wärme abzuführen, wenn bewirkt wird, dass ein Heizstrom zwischen dem ersten und zweiten Knoten (11.1, 11.2) fließt, eine kapazitive Erfassungsschaltung, die an das Heizelement (11) angeschlossen ist, um eine kapazitive Last des Heizelements (11) zu erfassen; wobei das Heizungsnetz eine erste Schnittstelle (3, 20, 5) zum Anschließen des ersten Knotens (11.1) an einen ersten Anschluss einer Energiequelle (1) und eine zweite Schnittstelle (4, 21, 6) zum Anschließen des zweiten Knotens (11.2) an einen zweiten Anschluss der Energiequelle (1) umfasst,wobei die erste Schnittstelle einen ersten elektronisch gesteuerten Schalter (3) und einen zweiten elektronisch gesteuerten Schalter (5) umfasst, die derart in Reihe angeordnet sind, dass sie einen ersten Zwischenknoten (20) dazwischen definieren;wobei die zweite Schnittstelle einen dritten elektronisch gesteuerten Schalter (4) und einen vierten elektronisch gesteuerten Schalter (6) umfasst, die derart in Reihe angeordnet sind, dass sie einen zweiten Zwischenknoten (21) dazwischen definieren;dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Erfassungsschaltung Folgendes umfasst:einen Oszillator (8), der mit dem ersten und zweiten Zwischenknoten (20, 21) wechselstromgekoppelt ist, um eine oszillierende Spannung an den ersten und zweiten Zwischenknoten (20, 21) anzulegen; undein Strommessmittel (9), das zwischen dem Oszillator (8) und dem Heizelement (11) wechselstromgekoppelt ist, der konfiguriert ist um das Wechselstrompotential des Heizelements (11) in Amplitude und Phase gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich der oszillierenden Spannung zu halten und die kapazitive Last aus einem Strom abzuleiten, der als Reaktion darauf, dass das Wechselstrompotential des Heizelements (11) in Amplitude und Phase gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich der oszillierenden Spannung gehalten wird, in das Heizelement (11) fließt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein kapazitives Insassenerkennungssystem, z. B. zum Erkennen der Abwesenheit oder Anwesenheit eines auf einem Fahrzeugsitz sitzenden Fahrgastes. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sitzheizung und einen kapazitiven Belegungserkennungssensor in Kombination.
Stand der Technik
Ein kapazitiver Sensor, den manche als elektrischen Feldsensor oder Näherungssensor bezeichnen, bezeichnet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss des Gemessenen (einer Person, eines Körperteils einer Person, eines Haustiers, eines Gegenstands, usw.) auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen mindestens eine Antennenelektrode, an die ein elektrisches oszillierendes Signal angelegt wird und die daraufhin ein elektrisches Feld in einen Raumbereich nahe der Antennenelektrode ausstrahlt, während der Sensor in Betrieb ist. Der Sensor umfasst mindestens eine Erfassungselektrode, an der der Einfluss eines Gegenstands oder eines Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird. In manchen kapazitiven Belegungssensoren (sogenannter „Lademodus“) dienen die eine oder die mehreren Antennenelektroden gleichzeitig als Erfassungselektroden. In diesem Fall bestimmt die Messschaltung den in die eine oder die mehreren Antennenelektroden fließenden Strom in Abhängigkeit einer an diese angelegten oszillierenden Spannung. Die Beziehung zwischen Spannung und Strom ergibt die komplexe Impedanz der einen oder der mehreren Antennenelektroden. In einer alternativen Version von kapazitiven Sensoren („Kopplungsmodus“, kapazitive Sensoren) sind die Sendeantennenelektrode(n) und die Erfassungselektrode(n) voneinander getrennt. In diesem Fall bestimmt die Messschaltung den Strom oder die Spannung, die in der Erfassungselektrode induziert wird, wenn die Sendeantennenelektrode im Betrieb ist.
Die verschiedenen kapazitiven Erfassungsmechanismen werden in dem technischen Dokument mit dem Titel „Electric Field Sensing for Graphical Interfaces‟ von J. R. Smith, veröffentlicht in „Computer Graphics I/O Devices", Ausgabe Mai/Juni 1998, Seiten 54-60, erklärt. Das Dokument beschreibt das Konzept des Messens eines elektrischen Felds, wie es verwendet wird, um berührungslose dreidimensionale Positionsmessungen vorzunehmen, und insbesondere um die Position einer menschlichen Hand zum Zwecke der Eingabe von dreidimensionalen Positionen in einen Computer zu erkennen. Innerhalb des allgemeinen Konzepts der kapazitiven Erfassung unterscheidet der Autor zwischen distinkten Mechanismen, die er als „loading mode“ (Lademodus), „shunt mode“ (Parallelmodus), und „transmit mode“ (Sendemodus) bezeichnet, was verschiedenen möglichen Wegen für den elektrischen Strom entspricht. Im „Lademodus“ wird ein oszillierendes Spannungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein oszillierendes elektrisches Feld gegen Masse aufbaut. Der zu erfassende Gegenstand modifiziert die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und Masse. Im „Parallelmodus“ wird ein oszillierendes Spannungssignal an die Sendeelektrode angelegt, die ein elektrisches Feld gegen eine Empfängerelektrode aufbaut, und die an der Empfängerelektrode induzierte Verschiebungsstromstärke wird gemessen, wodurch die Verschiebungsstromstärke durch den erfassten Körper modifiziert werden kann. Im „Sendemodus“ wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Berührung gebracht, der dann zu einem Sender in Bezug auf einen Empfänger wird, und zwar entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über eine kapazitive Kopplung. Der „Parallelmodus“ wird alternativ auch als der oben erwähnte „Kopplungsmodus“ bezeichnet.
Es wurde eine breite Vielfalt von kapazitiven Insassenerkennungssystemen vorgeschlagen, z. B. zur Steuerung des Entfaltens von einem oder mehreren Airbags, wie z.B. eines Fahrerairbags, eines Beifahrerairbags und/oder eines Seitenairbags. Das US-Patent US 6 161 070 A von Jinno et al. betrifft ein Insassenerkennungssystem, das eine auf einer Oberfläche eines Insassensitzes in einem Kraftfahrzeug montierte einzelne Antennenelektrode umfasst. Ein Oszillator legt ein oszillierendes Spannungssignal an die Antennenelektrode an, wodurch ein kleines elektrisches Feld um die Antennenelektrode erzeugt wird. Jinno schlägt das Erkennen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Insassen auf dem Sitz basierend auf der Amplitude und Phase des zur Antennenelektrode fließenden Stroms vor. Das US-Patent US 6 392 542 B1 von Stanley lehrt einen elektrischen Feldsensor, der eine Elektrode umfasst, die innerhalb eines Sitzes angebracht werden kann und mit einer Messschaltung wirkverbunden ist, die ein oszillierendes oder ein gepulstes Signal „mit einer möglichst schwachen Reaktion“ auf die Feuchtigkeit des Sitzes an die Elektrode anlegt. Stanley schlägt vor, die Phase und Amplitude des zur Elektrode fließenden Stroms zu messen, um einen belegten oder leeren Sitz zu erkennen und die Sitzfeuchtigkeit auszugleichen.
Der Gedanke der Verwendung des Heizelements einer Sitzheizung als eine Antennenelektrode eines kapazitiven Belegungserkennungssystems ist schon seit langer Zeit bekannt. Die WO 92/17344 A1 offenbart einen elektrisch beheizten Fahrzeugsitz mit einem Leiter, der durch das Durchleiten von elektrischem Strom erwärmt werden kann und der sich in der Sitzfläche befindet, wobei der Leiter auch eine Elektrode eines Sitzbelegungssensors mit zwei Elektroden bildet.
Die WO 95/13 204 A1 offenbart ein ähnliches System, bei dem die Schwingungsfrequenz eines an das Heizelement angeschlossenen Oszillators gemessen wird, um den Belegungszustand des Fahrzeugsitzes abzuleiten.
Die US 7 521 940 B2 betrifft eine Sitzheizung und einen kapazitiven Sensor in Kombination, die in der Lage sind, jeweils entweder im Heizmodus oder im Insassenerkennungsmodus zu arbeiten. Die Vorrichtung umfasst ein Sensor-/Heizpad zum Übertragen eines Erfassungssignals, eine erste Diode, die an einen ersten Knoten des Sensor-/Heizpads gekoppelt ist, eine zweite Diode, die an einen zweiten Knoten des Sensor-/Heizpads gekoppelt ist, einen ersten Transistor, der an die erste Diode gekoppelt ist, und einen zweiten Transistor, der an die zweite Diode gekoppelt ist. Im Erfassungsmodus sind der erste und der zweite Transistor geöffnet und die Knoten zwischen dem ersten Transistor und der ersten Diode sowie zwischen dem zweiten Transistor und der zweiten Diode sind in Sperrrichtung betrieben, um das Sensor-/Heizpad von der Stromversorgung der Heizschaltung zu isolieren.
Die gattungsbildende Druckschrift US 6 703 845 B2 offenbart eine Sitzheizung und einen kapazitiven Sensor in Kombination, wobei jeder der beiden Anschlüsse des Heizelements über zwei Transistoren in Reihe an die Heizstromversorgung angeschlossen ist. Die Vorrichtung kann nicht gleichzeitig im Erfassungsmodus und im Heizmodus arbeiten. Wenn sich die Vorrichtung im Erfassungsmodus befindet, versucht sie, aktiv die Knoten zwischen jedem Paar von Transistoren auf dem gleichen Potential zu halten wie das Heizelement, um jede Impedanz der Transistoren mit offenem Schalter zu neutralisieren. In dem System der US 6 703 845 B2 ist das Heizelement mit dem Signalgenerator wechselstromgekoppelt. Die Spannung an dem Heizelement wird in einen Trennverstärker eingespeist, der grundsätzlich die Spannung der Knoten zwischen den Transistoren kopiert. Es ist gefunden worden, dass bei einer solchen Konfiguration der Trennverstärker den Spannungsunterschied nicht vollständig kompensieren kann, was zu nicht zufriedenstellenden Kapazitätsmessungen führt.
Aufgabenstellung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sitzheizung und einen kapazitiven Sensor in Kombination zur Verfügung zu stellen, wobei das eben erwähnte Problem verringert wird oder eine geringere Auswirkung auf die Kapazitätsmessung hat. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Eine Sitzheizung und ein kapazitiver Sensor in Kombination, z. B. für einen Fahrzeugsitz, umfassen ein Heizungsnetz einschließlich eines Heizelements (z. B. ein Heizfaden, -kabel, eine Heizfaser, ein Heizfaserbündel, eine Heizspur oder dergleichen), das zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten angeschlossen ist, um Wärme abzuführen, wenn bewirkt wird, dass ein Heizstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten fließt, und eine kapazitive Erfassungsschaltung, die an das Heizelement angeschlossen ist, um eine kapazitive Last des Heizelements zu erfassen (d. h. eine Kapazität zwischen dem Heizelement und einer Gegenelektrode bei Bezugspotential, typischerweise auf Erdpotential). Das Heizungsnetz umfasst eine erste Schnittstelle zum Anschließen des ersten Knotens an einen ersten Anschluss einer Energiequelle und eine zweite Schnittstelle zum Anschließen des zweiten Knotens an einen zweiten Anschluss der Energiequelle. Die erste Schnittstelle umfasst einen ersten elektronisch gesteuerten Schalter und einen zweiten elektronisch gesteuerten Schalter, die derart in Reihe angeordnet sind, dass sie einen ersten Zwischenknoten dazwischen definieren. Die zweite Schnittstelle umfasst einen dritten elektronisch gesteuerten Schalter und einen vierten elektronisch gesteuerten Schalter, die derart in Reihe angeordnet sind, dass sie einen zweiten Zwischenknoten dazwischen definieren. Gemäß der Erfindung umfasst die kapazitive Erfassungsschaltung einen Oszillator, der mit dem ersten und zweiten Zwischenknoten wechselstromgekoppelt ist, um eine oszillierende Spannung an den ersten und zweiten Zwischenknoten anzulegen, und ein Strommessmittel, das zwischen dem Oszillator und dem Heizelement wechselstromgekoppelt ist. Das Strommessmittel ist dafür konfiguriert, das Wechselstrompotential des Heizelements in Amplitude und Phase gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich der oszillierenden Spannung zu halten und die kapazitive Last aus einem Strom als Reaktion darauf abzuleiten, dass das Wechselstrompotential des Heizelements in Amplitude und Phase gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich der oszillierenden Spannung gehalten wird.
Das Strommessmittel umfasst vorzugsweise einen Transimpedanzverstärker, der einen mit dem Oszillator wechselstromgekoppelten ersten Eingang zum Empfang der oszillierenden Spannung als eine Wechselstromkomponente einer Referenzspannung sowie einen mit mindestens einem des ersten und zweiten Knotens wechselstromgekoppelten zweiten Eingang aufweist, wobei der Transimpedanzverstärker derart konfiguriert ist, dass er durch Speisen eines Stroms in den zweiten Eingang eine der Referenzspannung gleiche Spannung an dem zweiten Eingangsknoten aufrechterhält, wobei der Transimpedanzverstärker einen Ausgang zur Bereitstellung eines Signals aufweist, das zumindest eine Wechselstromkomponente des in den zweiten Eingang gespeisten Stroms angibt.
Der erste, zweite, dritte und vierte Schalter sind vorzugsweise Feldeffekttransistoren (z. B. MOSFETs). In einer anderen Ausführungsform könnten sie auch Bipolar-Flächentransistoren oder andere geeignete Transistoren sein.
Die Gateanschlüsse der zwei Feldeffekttransistoren, die jeweils (direkt) an den ersten und zweiten Knoten angeschlossen sind, sind vorzugsweise mit dem Oszillator wechselstromgekoppelt.
Das oszillierende Signal hat vorzugsweise eine Frequenz im Bereich von 50 bis 500 kHz, vorzugsweise im Bereich von 70 bis 150 kHz.
Die Sitzheizung und der kapazitive Belegungssensor in Kombination umfassen vorzugsweise ein Steuergerät, das mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Schalter wirkverbunden ist, um sie zu öffnen und zu schließen. Das Steuergerät kann dafür konfiguriert sein, dass es das Heizelement abwechselnd in einem Heizmodus und einem kapazitiven Erfassungsmodus betreibt. Das Steuergerät öffnet und schließt, wenn es das Heizelement im Heizmodus betreibt, vorzugsweise mindestens einen des ersten, zweiten, dritten und vierten Schalters derart, dass es eine Pulsweitenmodulation erzielt und folglich die Heizenergie des Heizelements regelt. Wenn es das Heizelement im kapazitiven Erfassungsmodus betreibt, hält das Steuergerät vorzugsweise den ersten, zweiten, dritten und vierten Schalter derart offen, dass es das Heizelement gleichstrommäßig von der Energiequelle entkoppelt. Das Steuergerät kann z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, eine frei programmierbare logische Anordnung, ein Prozessor oder dergleichen sein. Vorzugsweise sind das Steuergerät, die kapazitive Erfassungsschaltung sowie die erste und zweite Schnittstelle des Heizungsnetzes in einer einzigen Einheit integriert.
Vorteilhafterweise umfassen die Sitzheizung und der kapazitive Belegungssensor in Kombination eine Schirmelektrode, die unter dem Heizelement angeordnet ist, wobei die Schirmelektrode mit dem Oszillator wechselstromgekoppelt ist. Die Schirmelektrode erstreckt sich vorzugsweise etwas über die Ränder des Heizelements hinaus. Dadurch, dass sie mit dem Oszillator wechselstromgekoppelt ist, wird die Schirmelektrode mit der gleichen oszillierenden Spannung betrieben wie die erste und zweite Schnittstelle. Da diese Spannung während der kapazitiven Erfassung im Wesentlichen gleich der Spannung an dem Heizelement ist, hebt sich das elektrische Feld zwischen dem Heizelement und der Schirmelektrode im Wesentlichen auf, und das Heizelement wird nur in Richtung entgegengesetzt zur Schirmelektrode empfindlich.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz, der mit einer Sitzheizung und einem kapazitiven Belegungssensor in Kombination wie hier vorstehend oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung beschrieben ausgerüstet ist.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von mehreren, nicht einschränkenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:

1 ein Übersichts-Blockschaltbild von einer Sitzheizung und einem kapazitiven Belegungssensor in Kombination nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
2 ein schematischer Übersichtsplan einer ersten Schaltungsvariante einer Sitzheizung und eines kapazitiven Belegungssensors in Kombination ist;
3 ein schematischer Übersichtsplan einer zweiten Schaltungsvariante einer Sitzheizung und eines kapazitiven Belegungssensors in Kombination ist;
4 ein schematischer Übersichtsplan einer dritten Schaltungsvariante einer Sitzheizung und eines kapazitiven Belegungssensors in Kombination ist;

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Liste von in 1 verwendeten Bezugszeichen 1:

101: Sitzheizungsversorgungsschaltung
102: Isolier-/Entkopplungsschaltung
103: Heizelement
104: kapazitive Erfassungsschaltung
105: Schutz-/Schirmsignal
106: Erfassungssignal
107: Kapazität zwischen Heizelement und Masse, je nach Belegungszustand

Ein Sitzheizungselement 103 wird von einer Sitzheizungsschaltung 101 mit Strom versorgt. Das Heizelement 103 ist über den als kapazitive Erfassungselektrode zu betreibenden Erfassungsanschluss 106 an eine kapazitive Erfassungseinheit 104 angeschlossen. Während der kapazitiven Messung muss die Sitzheizungsversorgungsschaltung 101 von dem Heizelement 103 und der kapazitiven Erfassungseinheit 104 isoliert werden. Daher ist eine Isolierschaltung 102 vorgesehen, die eine Vielzahl von Schaltern aufweist. Die kapazitive Erfassungsschaltung 104 erzeugt eine Wechselspannung, und der auf Grund der angelegten Wechselspannung in das Heizelement fließende Strom wird gemessen. Um den Einfluss von parasitären Kapazitäten in der Isolierschaltung 102 und der Sitzheizungsversorgungsschaltung 101 zu minieren, wird die Wechselspannung über die Schutzleitung 105 zugeführt. Das Schutzpotential an dem Knoten 105 ist das gleiche wie das Erfassungspotential an dem Knoten 106. Also fließt kein Erfassungsstrom in dem Isolierblock 102. Der Wechselstrom, der durch die Sitzheizung 103 über die Kapazität 107 gegen Masse fließt, wird durch die kapazitive Erfassungseinheit 104 gemessen.
Liste von in den 2 - 4 verwendeten Bezugszeichen:

1: ist die Stromversorgung des Fahrzeugs (Batterie)
2: ist die Sitzheizungs-Steuereinheit (Steuergerät)
3, 5: sind Netzschalter auf der Hochspannungsseite
4, 6: sind Netzschalter auf der Niederspannungsseite
7: ist die parasitäre Kapazität jedes Netzschalters
8: ist die Wechselstromquelle (Oszillator)
9: ist die Strommesseinheit
10, 15, 16, 19: sind Bauelemente (Kondensatoren, Impedanzen oder Schalter)
11: ist das Heizelement
11.1, 11.2: sind jeweils der erste und der zweite Knoten des Heizelements
12: bezeichnet die Fahrzeugmasse
13: „Schutz‟ knoten
14: „Erfassungs‟ knoten
17: ist ein Kopplungskondensator (nur in 4)
18: ist ein Hochohmwiderstand
20: ist der Zwischenknoten zwischen den Schaltern 3 und 5
21: ist der Zwischenknoten zwischen den Schaltern 4 und 6

Im Heizmodus betätigt die Heizungssteuereinheit 2 die Schalter 3, 4, 5, 6 periodisch, normalerweise bei einer Niederfrequenz (z. B. 20 Hz). Das Schaltverhältnis, wenn die Versorgung 1 die Sitzheizung 11 betreibt, hängt von der gewünschten Temperatur ab. Um die kapazitive Erfassungsschaltung, die aus einer Wechselspannungsquelle 8 und einem Strommesser 9 besteht, zu schützen/entkoppeln, sind die Bauelemente 10, 15, 16 vorgesehen. Die Teile sind Schalter und/oder Kondensatoren.
Im kapazitiven Erfassungsmodus sind die Schalter 3, 4, 5, 6 geöffnet, so dass das Heizelement nicht heizt. Die Schalter der Heizschaltung und der Isolierschaltung haben parasitäre Kapazitäten 7. Um den Einfluss dieser Kapazitäten zu minimieren, erzeugt die Spannungsquelle 8 ein Wechselstromsignal mit einer Frequenz, die viel höher ist als die Heizungsschaltfrequenz (z. B. 100 kHz). Die Teile 10, 15, 16 haben bei Ausgestaltung als Kondensatoren eine niedrige Impedanz bei der Signalfrequenz und sind bei Ausgestaltung als Schalter im kapazitiven Erfassungsmodus geschlossen. Also liegt die gleiche Wechselspannung an der Eingangs- und Ausgangsseite der Schalter 5 und 6 an. Die Schalter 3 und 4 dürfen keinesfalls einen Kurzschluss zwischen Wechselspannungsquelle 8 und Masse haben. Dann liegt das gleiche elektrische Potential an dem Knoten 20 und 21 und an der Sitzheizung an. Mit anderen Worten ist das Heizelement 11 gegenüber der übrigen Schaltung geschützt.
Der über die Strommesseinheit 9 in das Heizelement fließende Wechselstrom hängt von der Kapazität zwischen dem Heizelement 11 und Masse ab. Diese Kapazität hängt wiederum vom Belegungszustand ab. Die Strommesseinheit 9 misst den Strom, der über das Heizelement 11 gegen Masse fließt. Auf Grund der Schutzfunktion fließt kein (oder höchstens ein unbedeutender) Wechselstrom von dem Heizelement 11 über die parasitären Kapazitäten der Schalter 3, 4, 5, 6 gegen Masse, der andernfalls die Messung verzerren würde. Der bei weitem größte Teil des Erfassungsstroms fließt aus der Sitzheizung über die Kapazität gegen Masse.
Die Sitzheizung und der kapazitive Belegungssensor in Kombination können ferner in einem (Selbst-)Diagnosemodus betrieben werden, wobei z. B. eine Unterbrechung (Bruch) der Sitzheizungsschaltung erkannt werden kann. Bei der Schaltungsvariante aus 4 und unter der Annahme, dass mindestens eines der Bauelemente 16 und 19 für Wechselstrom auf hochohmig geschaltet werden kann, kann dieser Betriebsmodus z. B. die folgenden Schritte aufweisen: das Bauelement 16 (alternativ: 19) wird auf hochohmig geschaltet (z. B. durch Öffnen eines Schalters in Reihe mit diesem Bauelement); die Schalter 4 und 6 (alternativ: 3 und 5) werden geschlossen; die Wechselspannungsquelle 8 legt eine Spannung an das Heizelement 11 an und der resultierende Strom wird mit dem Strommesser 9 gemessen.
In der Schaltungsvariante aus 4 werden die Kopplungskondensatoren 17 verwendet, um das gleiche Potential an dem Gateanschluss oder den Anschlussstiften der Transistoren 5 und 6 wie an dem Heizelement 11 zu erhalten. Der Hochohmwiderstand 18 minimiert die Kapazität zwischen Quelle und Drainanschluss (oder Kollektor und Emitter) der Transistoren 5 und 6.
Die Teile 16 und 19 (jeweils z. B. ein Kondensator und/oder ein Schalter) verbinden den ersten und zweiten Knoten des Heizelements mit dem Erfassungsknoten 14. Dies hat den Vorteil, dass die Wechselspannung an beiden Enden des Heizelements 11 angelegt wird und dass ein (einzelner) Bruch des Heizelements 11 verhindert, dass das System die Belegungskapazität misst.

Claims

Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination, beispielsweise für einen Fahrzeugsitz, umfassend ein Heizungsnetz einschließlich eines Heizelements (11), das zwischen einem ersten Knoten (11.1) und einem zweiten Knoten (11.2) angeschlossen ist, um Wärme abzuführen, wenn bewirkt wird, dass ein Heizstrom zwischen dem ersten und zweiten Knoten (11.1, 11.2) fließt, eine kapazitive Erfassungsschaltung, die an das Heizelement (11) angeschlossen ist, um eine kapazitive Last des Heizelements (11) zu erfassen; wobei das Heizungsnetz eine erste Schnittstelle (3, 20, 5) zum Anschließen des ersten Knotens (11.1) an einen ersten Anschluss einer Energiequelle (1) und eine zweite Schnittstelle (4, 21, 6) zum Anschließen des zweiten Knotens (11.2) an einen zweiten Anschluss der Energiequelle (1) umfasst, wobei die erste Schnittstelle einen ersten elektronisch gesteuerten Schalter (3) und einen zweiten elektronisch gesteuerten Schalter (5) umfasst, die derart in Reihe angeordnet sind, dass sie einen ersten Zwischenknoten (20) dazwischen definieren; wobei die zweite Schnittstelle einen dritten elektronisch gesteuerten Schalter (4) und einen vierten elektronisch gesteuerten Schalter (6) umfasst, die derart in Reihe angeordnet sind, dass sie einen zweiten Zwischenknoten (21) dazwischen definieren; dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Erfassungsschaltung Folgendes umfasst: einen Oszillator (8), der mit dem ersten und zweiten Zwischenknoten (20, 21) wechselstromgekoppelt ist, um eine oszillierende Spannung an den ersten und zweiten Zwischenknoten (20, 21) anzulegen; und ein Strommessmittel (9), das zwischen dem Oszillator (8) und dem Heizelement (11) wechselstromgekoppelt ist, der konfiguriert ist um das Wechselstrompotential des Heizelements (11) in Amplitude und Phase gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich der oszillierenden Spannung zu halten und die kapazitive Last aus einem Strom abzuleiten, der als Reaktion darauf, dass das Wechselstrompotential des Heizelements (11) in Amplitude und Phase gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich der oszillierenden Spannung gehalten wird, in das Heizelement (11) fließt.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach Anspruch 1, wobei das Strommessmittel (9) einen Transimpedanzverstärker umfasst, der einen mit dem Oszillator (8) wechselstromgekoppelten ersten Eingang zum Empfang der oszillierenden Spannung als eine Wechselstromkomponente einer Referenzspannung sowie einen mit mindestens einem des ersten und zweiten Knotens (11.1, 11.2) wechselstromgekoppelten zweiten Eingang aufweist, wobei der Transimpedanzverstärker derart konfiguriert ist, dass er durch Speisen eines Stroms in den zweiten Eingang eine der Referenzspannung gleiche Spannung an dem zweiten Eingangsknoten aufrechterhält, wobei der Transimpedanzverstärker einen Ausgang zur Bereitstellung eines Signals aufweist, das zumindest eine Wechselstromkomponente des in den zweiten Eingang gespeisten Stroms angibt.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Schalter (3, 4, 5, 6) Feldeffekttransistoren sind.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach Anspruch 3, wobei die Gateanschlüsse der zwei Feldeffekttransistoren, die diejenigen unter dem ersten, zweiten, dritten und vierten Schalter (3, 4, 5, 6) bilden, die jeweils an den ersten und zweiten Knoten (11.1, 11.2) angeschlossen sind, mit dem Oszillator (8) wechselstromgekoppelt sind.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das oszillierende Signal eine Frequenz aufweist, die im Bereich von 50 bis 500 kHz, vorzugsweise im Bereich von 70 bis 150 kHz, umfasst ist.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend ein Steuergerät (2), das mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Schalter (3, 4, 5, 6) wirkverbunden ist, um sie zu öffnen und zu schließen.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät (2) derart konfiguriert ist, dass es das Heizelement (11) abwechselnd in einem Heizmodus und einem kapazitiven Erfassungsmodus betreibt.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach Anspruch 7, wobei das Steuergerät (2), wenn es das Heizelement (11) im Heizmodus betreibt, mindestens einen des ersten, zweiten, dritten und vierten Schalters (3, 4, 5, 6) derart öffnet und schließt, dass es eine Pulsweitenmodulation erzielt und folglich die Heizenergie des Heizelements (11) regelt.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Steuergerät (2), wenn es das Heizelement (11) im kapazitiven Erfassungsmodus betreibt, den ersten, zweiten, dritten und vierten Schalter (3, 4, 5, 6) derart offen hält, dass es das Heizelement (11) gleichstrommäßig von der Energiequelle (1) entkoppelt.
Sitzheizung und kapazitiver Belegungssensor in Kombination nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine unter dem Heizelement (11) angeordnete Schirmelektrode, wobei die Schirmelektrode mit dem Oszillator (8) wechselstromgekoppelt ist.
Fahrzeugsitz, versehen mit einer Sitzheizung und einem kapazitiven Belegungssensor in Kombination nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10.