DE112017005428T5

DE112017005428T5 - Sensordiagnose für ein kapazitives Fühlersystem

Info

Publication number: DE112017005428T5
Application number: DE112017005428.1T
Authority: DE
Inventors: Laurent Lamesch
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-08-01
Also published as: LU93284B1; CN109906175A; CN109906175B; KR102486368B1; WO2018077997A1; US20190263292A1; JP2020500302A; KR20190077439A

Abstract

Eine kapazitive Sensorvorrichtung (50) ist dafür ausgelegt, an mindestens ein elektrisches Heizelement (24, 26) angeschlossen zu werden, das als kapazitive Antennenelektrode dient. Die kapazitive Sensorvorrichtung (50) umfasst eine Gleichtaktdrossel (52), die zwischen der Heizstromversorgung (32) und dem elektrischen Heizelement (26) angeschlossen ist, eine kapazitive Fühlerschaltung (58), die dafür ausgelegt ist, eine komplexe elektrische Impedanz zwischen dem elektrischen Heizelement (26) und einer Gegenelektrode zu bestimmen, einen elektrischen Mess-Nebenschluss (62) zum Bereitstellen einer Spannung, die für einen elektrischen Strom repräsentativ ist, der durch das elektrische Heizelement (26) fließt, und eine fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (64), die elektrisch mit der Heizstromversorgung (32) parallelgeschaltet ist. Die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (64) ist dafür ausgelegt, bei Empfang eines Fernsteuersignals dem mindestens einen elektrischen Heizelement (24, 26) einen elektrischen Impuls bereitzustellen, der eine vorbestimmte Größe von elektrischer Ladung aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein kapazitives Abfühlen, z. B. zum Erkennen der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Person auf einem Sitz (Sitzbelegungserkennung) oder der Anwesenheit oder Abwesenheit der Hand einer Person auf dem Lenkrad eines Autos (Erkennung einer Handberührung).
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine kapazitive Sensorvorrichtung, die ein Heizelement als Antennenelektrode verwendet, und ein Sitzbelegungserkennungssystem zum Erkennen eines Belegungsstatus des Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes, das eine solche kapazitive Sensorvorrichtung umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Kapazitive Sensoren und kapazitive Mess- und/oder Erkennungssysteme, bei denen kapazitive Sensoren eingesetzt werden, haben einen weiten Anwendungsbereich und werden unter anderem für die Erkennung des Vorhandenseins und/oder der Position eines leitfähigen Körpers in der Nähe einer Antennenelektrode verwendet. Wie er hier verwendet wird, bezeichnet der Begriff „kapazitiver Sensor“ einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss des Abgefühlten (einer Person, eines Körperteils einer Person, eines Haustiers, eines Gegenstands, usw.) auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen wenigstens eine Antennenelektrode, an die ein elektrisches oszillierendes Signal angelegt wird und die daraufhin ein elektrisches Feld in einen Raumbereich nahe der Antennenelektrode ausgibt, während der Sensor in Betrieb ist. Der Sensor umfasst wenigstens eine Fühlerelektrode, die zu Emissionsantennenelektroden identisch oder dazu verschieden sein kann, an der der Einfluss eines Objekts oder eines Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird.
Verschiedene kapazitive Fühlermechanismen werden zum Beispiel in dem technischen Dokument mit dem Titel „Electric Field Sensing for Graphical Interfaces" von J. R. Smith et al., veröffentlicht in IEEE Computer Graphics and Applications, 18(3): 54-60, 1998 erläutert. Das Dokument beschreibt das Konzept des Abfühlens 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 abzufühlen. Innerhalb des allgemeinen Konzepts des kapazitiven Fühlens unterscheidet der Autor zwischen distinkten Mechanismen, die er als „Lademodus“, „Parallelmodus“ und „Sendemodus“ bezeichnet, die verschiedenen möglichen Wegen für den elektrischen Strom entsprechen. Im „Lademodus“ wird ein oszillierendes Spannungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein oszillierendes elektrisches Feld gegen Masse aufbaut. Der zu fühlende Gegenstand modifiziert die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und Masse. Im „Parallelmodus“, der alternativ auch als „Kopplungsmodus“ bezeichnet wird, wird ein oszillierendes Spannungssignal an die Sendeelektrode angelegt, wobei ein elektrisches Feld an eine Empfängerelektrode aufgebaut wird, und der an der Empfängerelektrode induzierte Verschiebungsstrom wird gemessen. Der gemessene Verschiebungsstrom hängt vom gefühlten Körper ab. Im „Sendemodus“ wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Kontakt gebracht, der dann ein Sender relativ zu einem Empfänger wird, und zwar entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über eine kapazitive Kopplung.
Die kapazitive Kopplungsstärke kann z. B. bestimmt werden, indem ein Wechselspannungssignal an eine Antennenelektrode angelegt wird und der von dieser Antennenelektrode entweder gegen Masse (im Lademodus) oder in eine zweite Antennenelektrode (im Kopplungsmodus) fließende Strom gemessen wird. Dieser Strom kann durch einen Transimpedanzverstärker gemessen werden, der an die Messelektrode angeschlossen ist und den in die Fühlerelektrode fließenden Strom in eine Spannung proportional zum Strom umwandelt.
Kapazitive Sensoren, die ein Heizelement als Antennenelektrode verwenden, sind in der Patentliteratur bekannt. Eine kapazitive Messschaltung zum Bestimmen einer komplexen Impedanz eines solchen kapazitiven Sensors kann eine Gleichtaktdrossel aufweisen. Gleichtaktdrosseln weisen mindestens zwei Drahtwicklungen auf, die normalerweise die gleiche Zahl von Windungen haben, die auf einen gemeinsamen Ferritkern gewickelt sind. Die mindestens zwei Drahtwicklungen dienen als einfache Drähte gegen einen Strom im Differentialmodus, der in entgegengesetzten Stromrichtungen durch die Gleichtaktdrosselwicklungen fließt. Gegen einen Gleichtaktstrom, der in der gleichen Stromrichtung durch die Gleichtaktdrosselwicklungen fließt, wirken die mindestens zwei Drahtwicklungen als Induktor mit einer großen Impedanz. Aus diesem Grund wird die Gleichtaktdrossel (Common Mode Choke, CMC) oft eingesetzt, um für eine Wechselstromentkopplung des Heizelements von einer Heizstromversorgung zu sorgen.
Dies ist beispielhaft in der US-Patentanmeldung 2011/0148648 A1 veranschaulicht, die ein kapazitives Insassen-Abfühlsystem für einen Fahrzeugsitz unter Verwendung eines Sitzheizelements 12 als Antennenelektrode beschreibt. 1 zeigt schematisch eine Veranschaulichung dieses Stands der Technik. Die Spannungsquelle 2 stellt die Stromversorgung für die Heizung, zum Beispiel eine Sitzheizung-Steuereinheit, dar. Das elektronische Steuermodul (Electronic Control Module, ECM) 1 ist als kapazitive Messschaltung ausgelegt. Sie umfasst eine Gleichtaktdrossel 5, eine Wechselspannungsquelle 9 und Kondensatoren 6, 7 und 8. Der Kondensator 8 koppelt die von der Wechselspannungsquelle 9 erzeugte Wechselspannung in den Knoten 11. Das Heizelement 12 hat eine komplexe Impedanz 13 gegen Masse. Die komplexe Impedanz 13 umfasst eine kapazitive Komponente sowie eine widerstandsfähige Komponente, die vom Belegungszustand des Fahrzeugsitzes abhängen. Die komplexe Impedanz 13 wird somit nachstehend auch als „unbekannte Impedanz“ oder „zu bestimmende Impedanz“ bezeichnet. Der Kondensator 8 bildet zusammen mit der unbekannten Impedanz 13 einen Spannungsteiler. Die komplexe Spannung U_meas zwischen dem Knoten 11 und der Anschlussmasse 10 kann verwendet werden, um die komplexe unbekannte Impedanz 13 zu berechnen. Die Gleichtaktdrossel 5 koppelt die Wechselspannung am Knoten 11 auf Grund ihrer großen Impedanz von der Wechselstromerdung ab. Das Heizelement 12 kann gleichzeitig vom von der Spannungsquelle 2 zugeführten Gleichstrom durchflossen und von der kapazitiven Messschaltung mit der Wechselspannung betrieben werden. Die Kondensatoren 6 und 7 stellen sicher, dass eine definierte Wechselstromerdung auf der Seite der Gleichtaktdrossel 5 vorliegt, die mit der Gleichstromversorgung der Sitzheizung verbunden ist. Die Masse 3 ist die Referenzmasse. Die Anschlüsse der Gleichtaktdrossel 5 sind mit 5.1 bis 5.4 nummeriert: der Anschluss 5.1 verbindet die erste Wicklung mit der Hochspannungsseite der Spannungsquelle 2; der Anschluss 5.2 verbindet die erste Wicklung mit der Hochspannungsseite des Heizelements 12; der Anschluss 5.3 verbindet die zweite Wicklung mit der Niederspannungsseite des Heizelements 12, und der Anschluss 5.4 verbindet die zweite Wicklung mit der Niederspannungsseite der Spannungsquelle 2. Der Widerstand 4 stellt den Verdrahtungswiderstand der Verdrahtung zwischen der Niederspannungsseite der Spannungsquelle 2 und dem vierten Anschluss 5.4 der Gleichtaktdrossel 5 dar.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Sensorvorrichtung unter Verwendung eines elektrischen Heizelements als kapazitive Antennenelektrode, die eine Gleichtaktdrossel umfasst, die dafür vorgesehen ist, das elektrische Heizelement und eine Heizstromversorgung miteinander zu verbinden.
Das elektrische Heizelement kann insbesondere Teil eines Sitzes, zum Beispiel eines Fahrzeugsitzes, oder eines Fahrzeuglenkrads bilden.
Für kapazitive Sensorvorrichtungen, die ein elektrisches Heizelement als kapazitive Antennenelektrode verwenden, ist es wesentlich, das elektrische Heizelement auf eine potentielle Unterbrechung zu prüfen. Falls das elektrische Heizelement unterbrochen wurde, würde es nicht mehr korrekt seine Funktion als kapazitive Antennenelektrode erfüllen.
Falls eine oder mehrere zusätzliche Heizung(en), zum Beispiel eine Rückenlehnenheizung, parallel zur Heizungssteuereinheit angeschlossen ist oder sind, ist eine einfache Lösung, die einen Gleichstrom in die Heizungen einspeist und den Spannungsabfall durch die Heizungen misst, nicht möglich, da die parallel geschaltete Rückenlehnenheizung eine Unterbrechung der Sitzheizung verbergen wird. Auch andere herkömmliche Verfahren zum Ausführen eines Funktionstests des elektrischen Heizelements können nicht angewandt werden. Zum Beispiel ist das Einspeisen eines elektrischen Stroms mit den üblichen hohen Messfrequenzen durch das elektrische Heizelement über die Gleichtaktdrossel auf Grund der erforderlichen Sperrung nicht machbar. Ein weiteres herkömmliches Verfahren, welches darin besteht, die Heizstromversorgung zu steuern, um einen Heizstromimpuls bereitzustellen, ist kein gangbarer Weg, da die Heizstromversorgung (oder eine Steuereinheit, die dafür vorgesehen ist, die Heizstromversorgung zu steuern) in einem Niederspannungs- oder Fehlermodus sein kann oder eine Kommunikation zur Steuereinheit möglicherweise nicht jederzeit verfügbar ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kapazitive Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, autonom eine Diagnose eines elektrischen Heizelements durchzuführen, das als kapazitive Antennenelektrode dient.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine kapazitive Sensorvorrichtung gelöst, die dafür ausgelegt ist, mit mindestens einem elektrischen Heizelement und mit einer Heizstromversorgung verbunden zu werden, um dem mindestens einen elektrischen Heizelement Elektroenergie zuzuführen. Das mindestens eine elektrische Heizelement ist dafür ausgelegt, als kapazitive Antennenelektrode zu dienen.
Der Begriff „dafür ausgelegt sein“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als speziell programmiert, ausgelegt, eingerichtet oder angeordnet.
Die kapazitive Sensorvorrichtung umfasst eine Gleichtaktdrossel, eine kapazitive Fühlerschaltung, einen elektrischen Mess-Nebenschluss und eine fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom.
Die Gleichtaktdrossel weist eine erste und eine zweite induktiv gekoppelte Wicklung auf. Die erste Wicklung ist dafür ausgelegt, zwischen einem ersten Anschluss der Heizstromversorgung und einem ersten Anschluss des elektrischen Heizelements angeschlossen zu werden. Die zweite Wicklung ist dafür ausgelegt, zwischen einem zweiten Anschluss des elektrischen Heizelements und einem zweiten Anschluss der Heizstromversorgung angeschlossen zu werden.
Die kapazitive Fühlerschaltung ist dafür ausgelegt, über einen Messknoten ein periodisches Messsignal in das mindestens eine elektrische Heizelement einzuspeisen und in Reaktion auf das eingespeiste Messsignal eine elektrische Größe am Messknoten zu messen, die zur Bestimmung einer komplexen elektrischen Impedanz zwischen dem mindestens einen elektrischen Heizelement und einer Gegenelektrode verwendbar ist.
Der elektrische Mess-Nebenschluss ist mit dem mindestens einen elektrischen Heizelement elektrisch in Reihe geschaltet, um eine Spannung bereitzustellen, die für einen elektrischen Strom repräsentativ ist, der durch das mindestens eine elektrische Heizelement fließt.
Die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom kann mit der Heizstromversorgung elektrisch parallelgeschaltet werden. Die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom ist dafür ausgelegt, bei Empfang eines Fernsteuersignals dem mindestens einen elektrischen Heizelement einen elektrischen Impuls bereitzustellen, der eine vorbestimmte Größe von elektrischer Ladung aufweist.
Als Strom im Differentialmodus wird der elektrische Impuls unbeeinträchtigt von der Gleichtaktdrossel geleitet. Der elektrische Mess-Nebenschluss dient als Strommonitor. Die kapazitive Fühlervorrichtung ermöglicht zu nahezu jeder Zeit ihres Betriebs das Bewerten der funktionellen Integrität des mindestens einen elektrischen Heizelements basierend auf einer Spannung, die von dem elektrischen Mess-Nebenschluss in Reaktion auf den elektrischen Impuls bereitgestellt wird, sowie durch Vergleichen der Spannung am elektrischen Mess-Nebenschluss, oder einer von der Spannung abgeleiteten elektrischen Größe, mit mindestens einem vorbestimmten Kriterium. Zum Beispiel kann ein Kriterium darin bestehen, dass ein vorbestimmtes Mindestmaß an elektrischem Strom erkannt werden muss, um das elektrische Heizelement als fehlerfrei zu bewerten.
Die Erfindung ist insbesondere mit Vorteilen für mindestens ein elektrisches Heizelement eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes, anwendbar, aber es wird auch in Betracht gezogen, die Erfindung für andere Zwecke anzuwenden, wie ein elektrisches Heizelement des Lenkrads.
Der Begriff „Fahrzeug“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, soll insbesondere so verstanden werden, dass er Personenkraftwagen, LKWs und Busse umfasst. Es sei hier ferner angemerkt, dass die Begriffe „erste(r/s)“, „zweite(r/s)“ usw. in dieser Anmeldung nur zu Unterscheidungszwecken verwendet werden und in keiner Weise eine Reihenfolge oder eine Priorität anzeigen oder vorwegnehmen sollen.
Das periodische Messsignal kann insbesondere ein Wechselmesssignal sein.
Vorzugsweise ist die kapazitive Fühlerschaltung dafür ausgelegt, eine komplexe elektrische Impedanz zwischen dem mindestens einen elektrischen Heizelement und einer Gegenelektrode zu bestimmen, die durch Erdpotential gebildet ist; d. h. das mindestens eine elektrische Heizelement, das als kapazitive Antennenelektrode dient, wird im Lademodus betrieben. Kapazitive Fühlerschaltungen dieser Art sind auf dem Fachgebiet bekannt und müssen daher hier nicht genauer beschrieben werden.
Gemäß der Erfindung weist die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom einen Kondensator auf, der dafür ausgelegt ist, die vorbestimmte Menge an elektrischer Ladung während eines Übergangs zwischen zwei verschiedenen Ladezuständen des Kondensators bereitzustellen. Insbesondere ist die vorbestimmte Menge der elektrischen Ladung das Produkt einer Kapazität des Kondensators und einer Spannungsdifferenz der zwei verschiedenen Ladezustände des Kondensators. Auf diese Weise kann eine Quelle von Gleichstrom bereitgestellt werden, die wenige Teile erfordert und daher besonders kostengünstig ist. Der geladene Kondensator kann vorteilhafterweise einen hohen Stromimpuls ohne Abziehen eines wesentlichen Spitzenstroms von der Stromversorgung erzeugen.
Bei manchen Ausführungsformen der kapazitiven Sensorvorrichtung weist die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom ferner eine Stromversorgung auf, die dafür ausgelegt ist, die vorbestimmte Menge von elektrischer Ladung gleichbleibend während einer vorbestimmten Pulsdauer bereitzustellen. Insbesondere ist die bereitgestellte vorbestimmte elektrische Ladung das Produkt einer Größe des elektrischen Stroms und der Pulsdauer. Hierdurch kann sie in die Lage versetzt werden, zu nahezu jedem Zeitpunkt während des elektrischen Impulses die Spannung auszuwerten, die für einen elektrischen Strom repräsentativ ist, der durch das mindestens eine elektrische Heizelement fließt, wodurch Anforderungen betreffend die Auswertung der Spannung gelockert werden können.
Bei manchen Ausführungsformen der kapazitiven Sensorvorrichtung dient eine der induktiv gekoppelten Wicklungen der Gleichtaktdrossel als der elektrische Mess-Nebenschluss. Auf diese Weise kann der zusätzliche Hardwareaufwand für den elektrischen Mess-Nebenschluss eingespart werden. Außerdem kann eine Verlustleistung, die an dem zusätzlichen elektrischen Mess-Nebenschluss auftritt, eliminiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein kapazitives Messsystem gelöst, welches eine kapazitive Sensorvorrichtung wie hier offenbart sowie einen Mikrokontroller aufweist, der dafür ausgelegt ist, die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom fernzusteuern. Die im Zusammenhang mit der kapazitiven Sensorvorrichtung beschriebenen Vorteile gelten für ein solches kapazitives Messsystem vollumfänglich.
Vorzugsweise weist der Mikrokontroller eine Prozessoreinheit, eine digitale Datenspeichereinheit, eine Mikrokontroller-Systemuhr und mindestens einen Steuerausgang auf, der zum Beispiel durch mehrere Pulsdauermodulationseinheiten gebildet ist, um die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom fernzusteuern. Derartig ausgerüstete Mikrokontroller sind in vielen Varianten zu wirtschaftlichen Preisen im Handel erhältlich. Auf diese Weise kann ein automatisiertes Messverfahren, das die hier offenbarte kapazitive Sensorvorrichtung einsetzt, ermöglicht werden.
Eine besonders einfache und kostengünstige Lösung für das kapazitive Messsystem kann erreicht werden, wenn der Mikrokontroller ferner mindestens einen Analog-Digital-Wandler mit einem Eingangsanschluss aufweist, der an den elektrischen Mess-Nebenschluss zum Bestimmen der Spannung durch den elektrischen Mess-Nebenschluss elektrisch angeschlossen ist. Hierdurch kann eine schnelle und ungestörte digitale Signalverarbeitung vereinfacht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit all den beschriebenen Vorteilen durch ein Sitzbelegungserkennungssystem zum Erkennen einer Belegung eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes, erreicht. Das Sitzbelegungserkennungssystem umfasst das offenbarte kapazitive Messsystem, mindestens ein elektrisches Heizelement, das an einem Polster oder einer Rückenlehne, die Teil des Sitzes bilden, angeordnet und als die kapazitive Antennenelektrode einsetzbar ist, und eine Heizstromversorgung zum Bereitstellen von Elektroenergie für das mindestens eine elektrische Heizelement.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben des offenbarten kapazitiven Messsystems in Bezug auf eine Funktionsprüfung des mindestens einen elektrischen Heizelements vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Senden eines Fernsteuersignals an die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom, um das Bereitstellen eines elektrischen Impulses mit einer vorbestimmten Menge von elektrischer Ladung zumindest an das mindestens eine elektrische Heizelement zu ermöglichen,
b) Bestimmen der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss, und
c) Vergleichen einer elektrischen Größe, die von der bestimmten Spannung ableitbar ist, mit einem vorbestimmten Schwellenwert für die elektrische Größe.

Falls die elektrische Größe niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert für die elektrische Größe ist, wird in einem Schritt (d) ein Signal erzeugt, das anzeigt, dass das mindestens eine elektrische Heizelement defekt ist. Auf diese Weise kann die Funktion des mindestens einen elektrischen Heizelements zu nahezu jeder Zeit des Betriebs der kapazitiven Sensorvorrichtung innerhalb des kapazitiven Messsystems getestet werden.
Bei manchen Ausführungsformen kann die elektrische Größe gleich der bestimmten Spannung sein. Bei anderen Ausführungsformen kann die elektrische Größe zum Beispiel das Zeitintegral der bestimmten Spannung über zumindest einen Teil der Dauer des elektrischen Impulses sein. Dieses Zeitintegral ist proportional zur elektrischen Ladung, die durch das mindestens eine elektrische Heizelement während des Teils der Dauer des elektrischen Impulses geflossen ist. Es werden auch andere elektrische Größen, die von der bestimmten Spannung ableitbar sind, zur Verwendung in Betracht gezogen.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen vorausgehenden Schritt des Bestimmens einer Ausgangsspannung der Heizstromversorgung. Die bestimmte Ausgangsspannung der Heizstromversorgung stellt die Information bereit, ob das mindestens eine Heizelement von der Heizstromversorgung mit Elektroenergie versorgt wird oder nicht.
Falls die bestimmte Ausgangsspannung die Bedingungen erfüllt, dass sie kleiner als oder gleich einem vorbestimmten unteren Schwellenwert ist, der nahe null liegt, wird das mindestens eine Heizelement von der Heizstromversorgung nicht mit Elektroenergie versorgt. In diesem Fall werden die Schritte (a) bis (d) des vorstehend offenbarten Verfahrens ohne Modifikation ausgeführt.
Falls die bestimmte Ausgangsspannung die Bedingungen erfüllt, dass sie größer als der vorbestimmte untere Schwellenwert ist, der nahe null liegt, wird das mindestens eine Heizelement von der Heizstromversorgung mit Elektroenergie versorgt. In diesem Fall fließt bereits Heizstrom und der Spannungsabfall über den elektrischen Mess-Nebenschluss, der durch den Heizstrom verursacht wird, kann verwendet werden, um die Integrität der Heizung zu prüfen. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die Schritte (a) bis (d) des vorstehend offenbarten Verfahrens auch ausgeführt, wenn das mindestens eine Heizelement von der Heizstromversorgung mit Strom versorgt wird, mit der Modifikation, dass der vorbestimmte Schwellenwert für die elektrische Größe durch einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert für die elektrische Größe ersetzt wird, der sich von dem vorbestimmten Schwellenwert unterscheidet. Der zweite vorbestimmte Schwellenwert berücksichtigt die Überlagerung der Elektroenergie, die von der Heizstromversorgung bereitgestellt wird, und des elektrischen Impulses der fernsteuerbaren Quelle von Gleichstrom. Der Beitrag eines Heizstroms, der von der Heizstromversorgung bereitgestellt wird, wird durch diese Maßnahme berücksichtigt.
Auf diese Weise kann eine Funktionsprüfung des mindestens einen elektrischen Heizelements unabhängig von einem Betriebszustand der Heizstromversorgung durchgeführt werden. Es sei jedoch angemerkt, dass, da die Strommessung in diesem Fall die Überlagerung von Heizstrom und Stromimpuls messen muss, und da der Stromimpuls im Vergleich zum Heizstrom gering ist, die relative Genauigkeitsanforderung für die Strommessung höher ist als wenn dieser Fall nicht berücksichtigt würde.
Einige Ausführungsformen des Verfahrens umfassen ferner einen zusätzlichen Schritt des erneuten Bestimmens einer Ausgangsspannung der Heizstromversorgung, die nach Ausführen der vorstehend erwähnten Schritte des Bestimmen einer Ausgangsspannung der Heizstromversorgung und der Schritte (a) bis (c) auszuführen ist. Schritt (d) wird bei einer erfüllten Bedingung, dass die erneut bestimmte Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs gleich der Ausgangsspannung der im vorstehenden Schritt bestimmten Heizstromversorgung ist, ausgeführt. Ist die Bedingung nicht erfüllt, kann die Ausführung des Verfahrens durch Ausführen von Schritt (a) wieder aufgenommen werden. Durch Implementieren dieser Bedingung kann sichergestellt werden, dass der geeignete vorbestimmte Schwellenwert für die elektrische Größe zum Vergleichen der elektrischen Größe in Schritt (c) verwendet wird.
Einige Ausführungsformen des Verfahrens weisen ferner einen vorausgehenden Schritt des Bestimmens der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss auf. Nach dem Ausführen des vorausgehenden Schritts werden die Schritte (a) und (b) wie offenbart ausgeführt. In einem zusätzlichen Schritt des Verfahrens wird eine Differenz zwischen der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss, wie sie in Schritt (b) bestimmt wurde, und der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss, wie sie im vorausgehenden Schritt bestimmt wurde, berechnet. Hierdurch kann eine potentielle Offsetspannung eliminiert werden. Dann wird die berechnete Differenz als elektrische Größe zum Ausführen des Schritts (c) und des bedingten Schritts (d) des Verfahrens verwendet.
In bevorzugten Ausführungsformen werden die Schritte des Verfahrens automatisch und periodisch ausgeführt. Vorzugsweise werden die Schritte vom Mikrokontroller des kapazitiven Messsystems ausgeführt.
Die Fachleute auf dem Gebiet werden ohne weiteres verstehen, dass das offenbarte Verfahren die Möglichkeit der Funktionsprüfung des mindestens einen elektrischen Heizelements auf herkömmliche Weise durch Ausführen der Schritte (b) bis (d) des Verfahrens nicht ausschließt oder behindert, falls die bestimmte Ausgangsspannung der Heizstromversorgung größer als der vorbestimmte untere Schwellenwert ist, der nahe null ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Softwaremodul zur Steuerung einer Ausführung des offenbarten Verfahrens vorgesehen.
Die auszuführenden Verfahrensschritte sind in einen Programmcode des Softwaremoduls umgewandelt. Der Programmcode ist in einer digitalen Datenspeichereinheit des Sitzbelegungserkennungssystems implementierbar und von einer Prozessoreinheit des Sitzbelegungserkennungssystems ausführbar. Vorzugsweise kann es sich bei der digitalen Datenspeichereinheit und/oder der Prozessoreinheit um eine digitale Datenspeichereinheit und/oder eine Verarbeitungseinheit des kapazitiven Messsystems handeln. Die Prozessoreinheit kann, alternativ oder ergänzend, eine andere Prozessoreinheit sein, die insbesondere so zugeordnet ist, dass sie mindestens einige der Verfahrensschritte ausführt.
Das Softwaremodul kann eine robuste und zuverlässige Ausführung des Verfahrens ermöglichen und eine schnelle Modifikation von Verfahrensschritten gestatten.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

1 eine Schaltungsanordnung eines herkömmlichen Sitzbelegungserkennungssystems ist,
2 eine Schaltungsanordnung einer Ausführungsform eines Sitzbelegungserkennungssystems zeigt, das eine kapazitive Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst,
3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist; und
4 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
2 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung einer Ausführungsform eines Sitzbelegungserkennungssystems 20, das ein kapazitives Messsystem 22 mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung 50 gemäß der Erfindung umfasst.
Das Sitzbelegungserkennungssystem 20 ist dafür ausgelegt, eine Belegung eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes eines Personenkraftwagens, zu erkennen und weist das kapazitive Messsystem 22, ein erstes elektrisches Heizelement 24, das an einer Rückenlehne des Fahrzeugsitzes angeordnet ist, und ein zweites elektrisches Heizelement 26, das an einem Sitzpolster, das Teil des Fahrzeugsitzes bildet, angeordnet ist, auf. Das zweite elektrische Heizelement 26 wird als kapazitive Antennenelektrode eingesetzt. Außerdem umfasst das Sitzbelegungserkennungssystem 20 eine Heizstromversorgung 32, die als elektronische Steuereinheit zum Bereitstellen von Elektroenergie für die elektrischen Heizelemente 24, 26 gestaltet ist. In einem Betriebszustand ist die Heizstromversorgung 32 dafür ausgelegt, die Elektroenergie, die zwischen einem ersten Ausgangsanschluss 34 und einem zweiten Ausgangsanschluss 36 vorgesehen ist, periodisch ein- und auszuschalten, um eine elektrische Heizenergie zu steuern, die den Sitzheizelementen 24, 26 gemäß einem Pulsweitenmodulationsplan zugeführt wird. Eine typische Schaltfrequenz kann zum Beispiel 25 Hz betragen.
Die kapazitive Sensorvorrichtung 50 ist elektrisch an die elektrischen Heizelemente 24, 26 und die Heizstromversorgung 32 angeschlossen. Das zweite elektrische Heizelement 26 dient als kapazitive Antennenelektrode für die kapazitive Sensorvorrichtung 50. Die kapazitive Sensorvorrichtung 50 weist eine Gleichtaktdrossel 52 mit einer ersten und einer zweiten induktiv gekoppelten Wicklung 54, 56 auf. Die erste Wicklung 54 ist elektrisch zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 34 der Heizstromversorgung 32 und einem ersten Anschluss 28 des zweiten elektrischen Heizelements 26 angeschlossen. Die zweite Wicklung 56 ist elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss 30 des zweiten elektrischen Heizelements 26 und dem zweiten Ausgangsanschluss 36 der Heizstromversorgung 32 angeschlossen. Das erste elektrische Heizelement 24 ist elektrisch direkt an den ersten Ausgangsanschluss 34 und den zweiten Ausgangsanschluss 36 der Heizstromversorgung 32 angeschlossen.
Die kapazitive Sensorvorrichtung 50 weist ferner eine kapazitive Fühlerschaltung 58 auf, die dafür ausgelegt ist, über einen Messknoten 60 ein periodisches Wechselmesssignal in das zweite elektrische Heizelement 26 einzuspeisen. Der Messknoten 60 ist an der elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Wicklung 56 der Gleichtaktdrossel 52 und dem zweiten Anschluss 30 des zweiten elektrischen Heizelements 26 angeschlossen. Die kapazitive Fühlerschaltung 58 ist dafür ausgelegt, in Reaktion auf das eingespeiste Messsignal und unter Verwendung von diesem als Bezugsspannung, eine komplexe elektrische Spannung am Messknoten 60 zu messen. Anhand der gemessenen komplexen elektrischen Spannung ist die kapazitive Fühlerschaltung 58 dafür ausgelegt, eine komplexe elektrische Impedanz zwischen dem zweiten elektrischen Heizelement 26 und dem Fahrzeugchassis zu bestimmen, das eine Gegenelektrode am Erdpotential bildet. Auf diese Weise sind das zweite elektrische Heizelement 26 und die kapazitive Fühlerschaltung 58 dafür ausgelegt, im Lademodus zu arbeiten.
Durch die beschriebene Anordnung entkoppelt die Gleichtaktdrossel 52 die kapazitive Fühlerschaltung 58 wechselstrommäßig vom ersten elektrischen Heizelement 24 und von der Heizstromversorgung 32.
Außerdem umfasst die kapazitive Sensorvorrichtung 50 einen elektrischen Mess-Nebenschluss 62, der elektrisch in Reihe mit dem zweiten elektrischen Heizelement 26 geschaltet ist, um eine Spannung bereitzustellen, die für einen elektrischen Strom repräsentativ ist, der durch das zweite elektrische Heizelement 26 fließt. Der elektrische Mess-Nebenschluss 62 ist zwischen der zweiten Wicklung 56 der Gleichtaktdrossel 52 und dem zweiten Ausgangsanschluss 36 der Heizstromversorgung 32 angeordnet.
Eine fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (DC) 64 bildet einen Teil der kapazitiven Sensorvorrichtung 50. Die Gleichstromquelle 64 ist elektrisch mit dem ersten Ausgangsanschluss 34 und dem zweiten Ausgangsanschluss 36 der Heizstromversorgung 32 parallel geschaltet. Die fernsteuerbare Gleichstromquelle 64 weist eine Gleichspannungsquelle 66, einen Kondensator 68, einen Widerstand 70 und zwei gekoppelte fernsteuerbare Schalter 72, 74 auf, deren Schaltzustände anhaltend entgegengesetzt zueinander sind. Wenn der erste Schalter 72 geschlossen ist (und der zweite Schalter 74 offen ist), wird der Kondensator 68 über den Widerstand 70 durch die Gleichspannungsquelle 66 geladen. Wenn der erste Schalter 72 offen ist (und der zweite Schalter 74 geschlossen ist), liefert der Kondensator 68 einen Stromimpuls, der durch die erste Wicklung 54 der Gleichtaktdrossel 52, das zweite elektrische Heizelement 26, die zweite Wicklung 56 der Gleichtaktdrossel 52 und den elektrischen Mess-Nebenschluss 62 fließt. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass der Kondensator 68 einen Teil des Impulsstroms auch dem ersten elektrischen Heizelement 24 zuführt, aber diese Tatsache ist für die weiteren Betrachtungen nicht relevant. Somit ist die fernsteuerbare Gleichstromquelle 64 dafür ausgelegt, bei Empfang eines Fernsteuersignals für eine ausgewählte Dauer des Stromimpulses den elektrischen Stromimpuls mit einer vorbestimmten Menge an elektrischer Ladung für die elektrischen Heizelemente 24, 26 bereitzustellen. Der Betrag der fließenden elektrischen Ladung ist durch das Produkt der Kapazität des Kondensators 68 und der Spannungsdifferenz des Kondensators 68 zu Beginn und am Ende des Stromimpulses gegeben, d. h. während eines Übergangs zwischen zwei verschiedenen Ladungszuständen des Kondensators 68.
Das kapazitive Messsystem 22 umfasst ferner einen Mikrokontroller 38. Der Mikrokontroller 38 umfasst eine Prozessoreinheit 40, eine digitale Datenspeichereinheit 42, auf die die Prozessoreinheit 40 Datenzugriff hat, und eine Mikrokontroller-Systemuhr, die Teil der Prozessoreinheit 40 bildet. Der Mikrokontroller 38 ist dafür ausgelegt, die fernsteuerbare Gleichstromquelle 64 fernzusteuern. Hierfür ist der Mikrokontroller 38 mit Steuerausgängen 44 versehen, die als mehrere Pulsdauermodulations-(PWM)-Einheiten ausgebildet sind, die in der Lage sind, voneinander unabhängige PWM-Signale bereitzustellen.
Außerdem weist der Mikrokontroller 38 mehrere Analog-Digital-Wandler (ADWs) 46 auf. Eingangsleitungen von zwei ADWs 46 sind zum Bestimmen der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss 62 in einer Differentialverstärker-Konfiguration elektrisch an Enden des elektrischen Mess-Nebenschlusses 62 angeschlossen. Weitere ADWs sind auch elektrisch an den ersten Ausgangsanschluss 34 und den zweiten Ausgangsanschluss 36 der Heizstromversorgung 32 angeschlossen (nicht gezeigt), um eine Ausgangsspannung der Heizstromversorgung 32 zu bestimmen.
Eine Steuerverknüpfung (angezeigt durch einen Doppelpfeil in 2) zwischen dem Mikrokontroller 38 und der kapazitiven Fühlerschaltung 58 ermöglicht einen Datentransfer und eine Steuerung.
Nachstehend wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Sitzbelegungserkennungssystems 20 gemäß 2 in Bezug auf eine Funktionsprüfung des zweiten elektrischen Heizelements 26 beschrieben. Ein Ablaufdiagramm des Verfahrens ist in 3 angegeben. Als Vorbereitung für das Betreiben des Sitzbelegungserkennungssystems 20 versteht sich, dass sich alle beteiligten Einheiten und Vorrichtungen in einem betriebsbereiten Zustand befinden und wie in 2 veranschaulicht konfiguriert sind.
Um in der Lage zu sein, das Verfahren automatisch und periodisch und in gesteuerter Weise auszuführen, weist der Mikrokontroller 38 ein Softwaremodul 48 auf (2). Die auszuführenden Verfahrensschritte werden in einen Programmcode des Softwaremoduls 48 umgewandelt. Der Programmcode ist in der digitalen Datenspeichereinheit 42 des Mikrokontrollers 38 implementiert und durch die Prozessoreinheit 40 des Mikrokontrollers 38 ausführbar.
Nun mit Bezug auf 3 wird in einem ersten Schritt 76 des Verfahrens eine Ausgangsspannung der Heizstromversorgung 32 durch die ADWs 46 des Mikrokontrollers 38 bestimmt. Danach erfolgt eine Verzweigung in den Ablaufdiagrammen.
Falls die bestimmte Ausgangsspannung der Heizstromversorgung 32 kleiner als oder gleich einem vorbestimmten unteren Schwellenwert ist, der nahe null ist, nämlich 1,0 V, d. h. falls die Heizelemente 24, 26 nicht von der Heizstromversorgung 32 mit Strom versorgt werden, sendet der Mikrokontroller 38 im folgenden Schritt 78 ein Fernsteuersignal an die fernsteuerbare Gleichstromquelle 64, um das Bereitstellen eines elektrischen Impulses mit einer vorbestimmten Menge an elektrischer Ladung für die elektrischen Heizelemente 24, 26 zu ermöglichen. Alle hier erwähnten vorbestimmten Schwellen- und Toleranzwerte befinden sich in der digitalen Datenspeichereinheit 42 des Mikrokontrollers 38 und können ohne weiteres von der Prozessoreinheit 40 abgerufen werden.
In einem nächsten Schritt 80 wird die Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss 62 durch den Mikrokontroller 38 über die ADWs 46 periodisch bestimmt, so dass mehrere Spannungsmessungen während der Dauer des elektrischen Impulses ausgeführt werden, und ein Zeitintegral der bestimmten Spannung wird als elektrische Größe berechnet, die von der Prozessoreinheit 40 von der bestimmten Spannung abgeleitet wird. Dann wird im nächsten Schritt 82 die elektrische Größe mit einem vorbestimmten Schwellenwert für die elektrische Größe verglichen. Als möglicher Schritt 84 des Verfahrens (mögliche Schritte sind im Ablaufdiagramm in 3 durch gestrichelte Linien angedeutet) wird eine Ausgangsspannung der Heizstromversorgung 32 erneut bestimmt und dann in einem weiteren Schritt 86 mit der zuvor bestimmten Ausgangsspannung verglichen. Falls die erneut bestimmte Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs von ±20 % gleich der zuvor bestimmten Ausgangsspannung ist, wird der nächste Schritt durchgeführt. Falls dies nicht der Fall ist, wird das Verfahren erneut mit Schritt 78 des Sendens eines Fernsteuersignals an die fernsteuerbare Gleichstromquelle 64 begonnen. Falls die abgeleitete elektrische Größe niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert für die elektrische Größe ist, wird als nächster Schritt 88 von dem Mikrokontroller 38 ein Fehlersignal erzeugt, das anzeigt, dass das zweite elektrische Heizelement 26 defekt ist. Falls die abgeleitete elektrische Größe gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert für die elektrische Größe ist, werden die Verfahrensschritte komplett neu begonnen.
Falls die Ausgangsspannung der Heizstromversorgung 32, die in Schritt 76 bestimmt wurde, größer als der vorbestimmte untere Schwellenwert ist, d. h. falls die Heizelemente 24, 26 von der Heizstromversorgung 32 mit Strom versorgt werden, fließt bereits ein Heizstrom und der Spannungsabfall über den elektrischen Mess-Nebenschluss 62, der durch den Heizstrom verursacht wird, kann verwendet werden, um die Integrität der Heizung zu prüfen. Daraus folgt, dass keine Notwendigkeit besteht, die Gleichstromquelle 64 einzuschalten, um die Heizung zu versorgen, und die Integritätsprüfung des Heizelements 26 kann auf herkömmliche Weise durch direktes Ausführen der Schritte 80, 82 und 88 erreicht werden.
In der Ausführungsform des Verfahrens wie in 4 gezeigt verwendet die Integritätsprüfung des Heizelements 26 die Gleichstromquelle auch in dem Fall, in dem die Ausgangsspannung der Heizstromversorgung 32, die in Schritt 76 bestimmt worden ist, größer als der vorbestimmte untere Schwellenwert ist, d. h., falls die Heizelemente 24, 26 von der Heizstromversorgung 32 mit Strom versorgt werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Überlagerung der Elektroenergie, die von der Heizstromversorgung bereitgestellt wird, und des elektrischen Impulses der fernsteuerbaren Quelle von Gleichstrom zu betrachten. Bei dieser Ausführungsform ersetzt der Mikrokontroller 38 in einem weiteren Schritt 90 den vorbestimmten Schwellenwert für die elektrische Größe durch einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert, der sich von dem vorbestimmten Schwellenwert unterscheidet und von der digitalen Datenspeichereinheit 42 abgerufen wird. Dann werden die Verfahrensschritte beginnend mit Schritt 78 und unter Verwendung des zweiten vorbestimmten Schwellenwertes für die elektrische Größe ausgeführt.
Während die Erfindung im Einzelnen in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine solche Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft, und nicht als einschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Andere Varianten der offenbarten Ausführungsformen können von den Fachleuten bei der Ausführung der beanspruchten Erfindung, durch Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ oder „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und die unbestimmten Artikel „ein“, „eine“ oder „einer“ schließen keine Mehrheit aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in sich voneinander unterscheidenden Unteransprüchen aufgeführt sind, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Keines der Bezugszeichen in den Ansprüchen soll als den Schutzbereich einschränkend ausgelegt werden.
Bezugszeichenliste

1: elektronisches Steuermodul
2: Gleichspannungsquelle
3: Masse
4: Widerstand
5: Gleichtaktdrossel
6: Kondensator
7: Kondensator
8: Kondensator
9: Wechselspannungsquelle
10: Anschlussmasse
11: Knoten
12: Sitzheizelement
13: komplexe Impedanz
20: Sitzbelegungserkennungssystem
22: kapazitives Messsystem
24: erstes elektrisches Heizelement
26: zweites elektrisches Heizelement
28: erster Anschluss
30: zweiter Anschluss
32: Heizstromversorgung
34: erster Ausgangsanschluss
36: zweiter Ausgangsanschluss
38: Mikrokontroller
40: Prozessoreinheit
42: digitale Datenspeichereinheit
44: Steuerausgang
46: ADW
48: Softwaremodul
50: kapazitive Sensorvorrichtung
52: Gleichtaktdrossel
54: erste Wicklung
56: zweite Wicklung
58: kapazitive Fühlerschaltung
60: Messknoten
62: elektrischer Mess-Nebenschluss
64: fernsteuerbare Gleichstromquelle
66: Gleichspannungsquelle
68: Kondensator
70: Widerstand
72: erster Schalter
74: zweiter Schalter Schritte
76: Bestimmen der Ausgangsspannung
78: Senden eines Fernsteuersignals
80: Bestimmen der Nebenschlussspannung
82: Vergleichen der elektrischen Größe
84: erneutes Bestimmen der Ausgangsspannung
86: Vergleichen der Ausgangsspannungen
88: Erzeugen eines Fehlersignals
90: Ersetzen des vorbestimmten Schwellenwertes

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

US 2011/0148648 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Electric Field Sensing for Graphical Interfaces“ von J. R. Smith et al., veröffentlicht in IEEE Computer Graphics and Applications, 18(3): 54-60, 1998 [0004]

Claims

Kapazitive Sensorvorrichtung (50), die dafür ausgelegt ist, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (24, 26) und einer Heizstromversorgung (32) zum Bereitstellen von Elektroenergie für das mindestens eine elektrische Heizelement (24, 26) verbunden zu werden, wobei das mindestens eine elektrische Heizelement (26) dafür ausgelegt ist, als eine kapazitive Antennenelektrode zu dienen, wobei die kapazitive Sensorvorrichtung (50) aufweist: - eine Gleichtaktdrossel (52) mit einer ersten und einer zweiten induktiv gekoppelten Wicklung (54, 56), wobei die erste Wicklung (54) dafür ausgelegt ist, zwischen einem ersten Ausgangsanschluss (34) der Heizstromversorgung (32) und einem ersten Anschluss (28) des elektrischen Heizelements (26) angeschlossen zu werden, und wobei die zweite Wicklung (56) dafür ausgelegt ist, zwischen einem zweiten Anschluss (30) des elektrischen Heizelements (26) und einem zweiten Ausgangsanschluss (36) der Heizstromversorgung (32) angeschlossen zu werden, - eine kapazitive Fühlerschaltung (58), die dafür ausgelegt ist, über einen Messknoten (60) ein periodisches Messsignal in das mindestens eine elektrische Heizelement (26) einzuspeisen und in Reaktion auf das eingespeiste Messsignal eine elektrische Größe am Messknoten (60) zu messen, die zur Bestimmung einer komplexen elektrischen Impedanz zwischen dem mindestens einen elektrischen Heizelement (26) und einer Gegenelektrode verwendbar ist, - einen elektrischen Mess-Nebenschluss (62), der mit dem mindestens einen elektrischen Heizelement (26) elektrisch in Reihe geschaltet ist, um eine Spannung bereitzustellen, die für einen elektrischen Strom repräsentativ ist, der durch das mindestens eine elektrische Heizelement (26) fließt, und - eine fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (64), die mit der Heizstromversorgung (32) elektrisch parallelgeschaltet werden kann, wobei die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (64) einen Kondensator (68) umfasst, der dafür ausgelegt ist, bei Empfang eines Fernsteuersignals während eines Übergangs zwischen zwei verschiedenen Ladezuständen des Kondensators (68) dem mindestens einen elektrischen Heizelement (24, 26) einen elektrischen Impuls bereitzustellen, der eine vorbestimmte Menge von elektrischer Ladung aufweist.
Kapazitive Sensorvorrichtung (50) nach Anspruch 1, wobei die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (64) ferner eine Stromversorgung umfasst, die dafür ausgelegt ist, die vorbestimmte Menge von elektrischer Ladung gleichbleibend während einer vorbestimmten Pulsdauer bereitzustellen.
Kapazitive Sensorvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der induktiv gekoppelten Wicklungen (54, 56) der Gleichtaktdrossel (52) als der elektrische Mess-Nebenschluss (62) dient.
Kapazitives Messsystem (22), umfassend - eine kapazitive Sensorvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, und - einen Mikrokontroller (38), der dafür ausgelegt ist, die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (64) fernzusteuern.
Kapazitives Messsystem (22) nach Anspruch 4, wobei der Mikrokontroller (38) mindestens einen Analog-Digital-Wandler (46) mit einem Eingangsanschluss aufweist, der elektrisch an den elektrischen Mess-Nebenschluss (62) angeschlossen ist, um die Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss (62) zu bestimmen.
Sitzbelegungserkennungssystem (20) zum Erkennen einer Belegung eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes, wobei das Sitzbelegungserkennungssystem (20) Folgendes umfasst: - ein kapazitives Messsystem (22) nach Anspruch 4 oder 5, - mindestens ein elektrisches Heizelement (26), das an einem Polster oder einer Rückenlehne angeordnet ist, das/die Teil des Sitzes bildet und als die kapazitive Antennenelektrode einsetzbar ist, und - eine Heizstromversorgung (32) zum Bereitstellen von Elektroenergie für das mindestens eine elektrische Heizelement (26).
Verfahren zum Betreiben des kapazitiven Messsystems (22) nach Anspruch 4 oder 5 in Bezug auf eine Funktionsprüfung des mindestens einen elektrischen Heizelements (26), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Senden (78) eines Fernsteuersignals an die fernsteuerbare Quelle von Gleichstrom (64), um das Bereitstellen eines elektrischen Impulses mit einer vorbestimmten Menge von elektrischer Ladung zumindest an das mindestens eine elektrische Heizelement (26) zu ermöglichen, - Bestimmen (80) der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss (62), - Vergleichen (82) einer elektrischen Größe, die von der bestimmten Spannung ableitbar ist, mit einem vorbestimmten Schwellenwert für die elektrische Größe, und - falls die elektrische Größe niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert für die elektrische Größe ist, Erzeugen (88) eines Signals, das anzeigt, dass das mindestens eine elektrische Heizelement (26) defekt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend einen vorausgehenden Schritt des - Bestimmens (76) einer Ausgangsspannung der Heizstromversorgung (32), und - Durchführens der Schritte (78, 80, 82, 88), wie in Anspruch 7 offenbart, bei einer erfüllten Bedingung, dass die bestimmte Ausgangsspannung kleiner oder gleich einem vorbestimmten unteren Schwellenwert ist, der nahe null ist, oder - Durchführens der Schritte (78, 80, 82, 88), wie in Anspruch 7 offenbart, unter Verwendung eines zweiten vorbestimmten Schwellenwerts für die elektrische Größe, der sich von dem vorbestimmten Schwellenwert unterscheidet, bei einer erfüllten Bedingung, dass die bestimmte Ausgangsspannung größer als der vorbestimmte niedrigere Schwellenwert ist, der nahe null ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend einen Schritt des - erneuten Bestimmens (84) einer Ausgangsspannung der Heizstromversorgung (32) nach Ausführen des Schrittes (76) und der Schritte (78, 80, 82), und - Ausführens des Schrittes (88) bei einer erfüllten Bedingung, dass die erneut bestimmte Ausgangsspannung gleich der in Schritt (76) bestimmten Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs ist.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend einen vorausgehenden Schritt des - Bestimmens der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss, - Ausführens der Schritte (78) und (80), wie in Anspruch 7 offenbart, und eines Schrittes des - Berechnens eines Unterschieds zwischen der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss, wie in Schritt (80) bestimmt, und der Spannung über den elektrischen Mess-Nebenschluss, wie in dem ersten Schritt dieses Anspruchs bestimmt, und - Verwendens des berechneten Unterschieds als die elektrische Größe während der Ausführung der Schritte (82) und (88).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Schritte automatisch und periodisch ausgeführt werden.
Softwaremodul (48) zum Steuern einer Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die auszuführenden Verfahrensschritte (76 bis 90) in einen Programmcode des Softwaremoduls (48) umgewandelt sind, wobei der Programmcode in einer digitalen Datenspeichereinheit (42) des kapazitiven Messsystems (22) oder einer separaten Steuereinheit implementierbar und durch eine Prozessoreinheit (40) des kapazitiven Messsystems (22) oder eine separate Steuereinheit ausführbar ist.