用于识别对手动致动的转向装置方法及执行该方法的设备与流程

本发明涉及一种用于识别对手动致动的转向或控制装置、尤其车辆方向盘进行接触的方法。本发明还涉及一种用于执行该方法的设备。

背景技术：

了解车辆的驾驶员是否正好接触方向盘是对于各种安全辅助系统和驾驶员辅助系统而言必不可少的或至少有用的信息。原则上，对于如何能够检测对方向盘的接触存在各种技术可能性。迄今为止尤其已知这样的设备，在这些设备中将电容式或电阻式传感器整合到方向盘中。

然而，对于某些高要求的应用，除了单纯的接触检测之外还需要对接触进行定位，也就是说，不仅必须确定对方向盘的接触本身，而且还必须确定接触方向盘的位置。然而，在技术方面难以实现这种位置确定。为此一般需要附加的线路和部件，并且装配耗费显著提高。

从de102014016422a1已知用于检测对方向盘的接触的一种设备和一种方法，该设备和该方法的基础在于，在方向盘中布置的第一电极与用作第二电极的人体和位于其间的电介质一起构成感测电容器。具有电容已知的已充电的参考电容器的分析电路可以与这个感测电容器并联连接，从而将参考电容器的电荷的一部分传输给感测电容器。在考虑到参考电容器的已知电容和在并联连接分析电路之前及之后在该参考电容器处所测得的电压的情况下，进行为了进行检测所需的、对感测电容器的电容变化的确定。如果设置有在方向盘圈上分布式布置的并且彼此电流隔离的多个第一电极，则可以得出关于对方向盘的接触的具体位置的结论。

技术实现要素：

本发明的目的在于，能够借助简单的方法精确地识别对转向或控制装置的接触的位置。

这个目的通过一种具有权利要求1所述特征的用于识别对手动致动的转向或控制装置进行接触的方法、以及一种具有权利要求5所述特征的用于执行该方法的设备来实现。根据本发明的方法和根据本发明的设备的有利且便利的设计方案在所属的从属权利要求中给出。

根据本发明的用于识别对手动致动的转向或控制装置、尤其车辆方向盘进行接触的方法包括以下步骤：

-向至少一个导体机构施加交变电压，所述导体机构被布置在所述转向或控制装置上并且具有带有明显的欧姆电阻的至少一个导体束；

-测定所述导体机构中的电流曲线；

-测定所述导体机构的交流电阻的实部和虚部；

-测定所述导体机构的电容或电容变化；

-测定相位移(相位角)；以及

-分析所测定的值。

一般地，“测定”应包含对变量的测量、计算、以其他方式确定或认识。

本发明基于以下认识，即在电容式测量技术中已经存在成立的、用于识别电容变化的有效方法。第一基本方法基于由于动作导致的感测结构相对于参考电极的电容式耦合的变化。第二基本方法基于由于动作导致的感测结构相对于周围环境的电容式耦合的变化。本发明通过考虑导体机构的导体束的明显的电阻来扩展这些方法。也就是说，根据本发明，导体机构的至少一个导体束例如与常规的铜丝线路相比具有显着的欧姆电阻。通过这种方式形成通过动作(例如手接触)可改变的、可分析的rc构件。在施加的交变电压已知的情况下，导体机构的总电阻(阻抗)通过测量电流曲线来测定。在此，术语“交变电压”应包括所有基于振荡(尤其正弦振荡、矩形振荡、三角振荡、锯齿振荡)的电压曲线，然而还包括具有连续电压脉冲的脉冲电压。因为导体机构的总电阻由通过导体束的欧姆电阻所确定的实部和通过另一个导体束(参考电极)或周围环境之间形成的电容所确定的虚部组成，所以可以从相位角推断出转向或控制装置的接触位置。

通过巧妙地布置和设计导体机构，不仅可以实现精确的位置确定，而且原则上还能够识别和分析运动模式(姿态)。在进行成功的解释之后，可以触发指配给相应已标识的姿态之一的功能。

由于本发明的核心在于在分析中容易地要测量或要测定的变量，并且与其他接触识别设备相比，除了将较少的正规线路作为唯一特别的部件之外仅需要具有明显的欧姆电阻的导体束，因此本发明具有的优点在于，其总体上是成本有效的并且无需较大的耗费就可以进行安装。

优选连续地执行根据本发明的方法的步骤。这意味着在没有较长中断的情况下对转向或控制装置进行永久监测。这是可靠地识别姿态的前提条件。

在根据本发明的方法中，分析所测定的值附加地尤其包括以下步骤中的至少一个步骤：

-识别所述转向或控制装置是否被大面积地接触；

-识别所述转向或控制装置是否被点式地接触；

-识别抓握(抓握的方式)；

-识别同时进行的接触的数量；

-定位多个接触的位置；

-确定接触的持续时间；

-标识姿态。

这些步骤执行得越多，根据本发明的方法可以应用的方面就越多。

由于对所测定的值进行多方面分析的可能性，因此根据本发明的方法可以用于取决于分析来触发特定功能。

本发明还提供一种用于执行根据本发明的方法的设备。所述设备包括：转向或控制装置、尤其车辆方向盘；布置在所述转向或控制装置上的导体机构，所述导体机构具有带有明显的欧姆电阻的至少一个导体束；以及在附近布置的控制和分析装置。所述控制和分析装置被配置成用于：向所述导体机构施加交变电压；测量所述导体机构中的电流曲线；并且分析所测定的值。此外，这个控制和分析装置与车辆、尤其车载电子器件的上级控制单元联网。

在此，“交变电压”应进而一般性地被理解为基于振荡(尤其正弦振荡、矩形振荡、三角振荡、锯齿振荡)的电压曲线，然而还被理解为具有连续电压脉冲的脉冲电压。

设置有在转向或控制装置上分布式布置的多个导体机构一方面能够在接触识别中实现更高的可靠性和/或精确度(分辨率)。另一方面，由此还能够实现以与触敏显示器相似的方式对多点触摸输入的识别。

根据本发明所提出的导体机构优选被布置在转向或控制装置的表面的下方、尤其装饰表面的下方。在车辆方向盘的情况下，这例如可能处于方向盘圈的包覆物下方。原则上，导体机构应尽可能地靠近表面安置，以便确保高的灵敏性。

根据本发明的设备的优选的第一实施方式，所述导体机构具有大体上平行延伸的两个电导体，所述两个电导体中的至少一个电导体具有与铜丝相比高得多的明显的欧姆电阻，优选处于10ω/m至1mω/m的范围内。在这个实施方式中，这两个导体的电容式耦合在存在手的情况下发生改变。由于考虑了所测定的总电阻，于是可以确定手的位置。

为了不能出现与相邻的部件的非希望的耦合或干扰，电导体应分别是绝缘的。

根据本发明的设备的优选的第二实施方式，所述导体机构具有由电导体相互串联连接的、呈导电面或导电区域形式的多个感测区，其中所述电导体在感测面或感测区域之间具有明显的欧姆电阻。因此，导体机构是由一系列彼此串联的电阻器和导体面或导体区域形成的。与手相结合产生了特征型rc构件，该rc构件的行为可以由控制和分析装置分析，其方式为可以确定手的位置。接触识别的可靠性和精确度是可以通过感测区或感测区域的数量、形状、大小和布置方式来进行优化的。为了将设备的成本保持得较低，优选导体机构的巧妙的布置和设计，使得应安装尽可能少的感测面或感测区域并且铺设尽可能少的线缆或导体电路。

根据本发明的另一个优选的方面，所述导体束具有带有明显的欧姆电阻的、一个或多个伸长的电导体，所述一个或多个伸长的电导体以特定的方式被铺设成使得形成能够被依次分析的rc构件。

一般地，由于已经提到的多方面分析可能性，可以实现将控制和分析装置配置成能够取决于分析来触发特定功能。在这种情况下，设备用作复杂的命令输入装置，操作者借助该命令输入装置可以有针对性地调用特定功能。

附图说明

本发明的另外的特征和优点从以下说明和附图中得出，并参考以下说明和附图。在附图中：

-图1示出了用于根据本发明的用于识别对手动致动的转向或控制装置的接触的设备的导体机构的第一实施方式；

-图2示出了用于根据本发明的用于识别对手动致动的转向或控制装置的接触的设备的导体机构的第二实施方式；

图3示出了用于根据本发明的用于识别对手动致动的转向或控制装置的接触的设备的导体机构的第三实施方式；并且

图4示出了用于根据本发明的用于识别对手动致动的转向或控制装置的接触的设备的导体机构的第四实施方式。

具体实施方式

下面以车辆方向盘为例描述了一种用于识别对手动致动的转向或控制装置的接触的设备。

根据该设备的第一实施方式，在方向盘的圈中，如在图1中象征性地展示的，布置有具有两个平行延伸的电导体12、14的第一导体机构10。更确切地说，导体机构10被布置在方向盘的装饰表面的下方，例如被布置在皮革包覆物的下方。

导体机构在方向盘圈的整个圆周上或至少主要部分上延伸。替代性地，设置有多个这种导体机构10，这些导体机构分别被布置在方向盘圈的部分区域中。此外，多个导体机构10可以分布在方向盘圈的环形圆周上。

这两个导体12、14设有绝缘件，即这些导体是相对于彼此并且相对于周围环境绝缘的。

这两个导体12、14彼此间形成电容。在由相同的、导电良好的材料制成的两条相同厚度的丝线的情况下，可能以如下方式计算电容c：

其中ε：导体之间的介电常数

1：导体的长度

d：导体中轴线之间的距离

r：导体截面的半径

为在此描述的设备而设置的第一导体机构10的特别之处在于，至少一个线路束、即这两个导体12、14中的至少一个导体与铜丝相比具有显着的欧姆电阻，尤其在10ω/m至1mω/m的范围内。导体12、14的总欧姆电阻或比电阻对于控制和分析装置是已知的。

如果向导体机构10施加交变电压、即具有基于振荡(例如正弦振荡、矩形振荡、三角振荡或锯齿振荡)的曲线的电压或具有连续电压脉冲的脉冲电压，那么总电阻由实部和虚部组成。实部由具有电阻的导体12或14确定，而虚部由导体12、14之间形成的电容确定。为总电阻设定一定的相位角。

如果现在手非常靠近导体(例如在接触方向盘圈时是这种情况)，那么导体机构的电容发生明显改变(c手)。这意味着总电阻的虚部改变并且由此导致相位角也改变。在交变电压已知的情况下，可以通过测量电流曲线来识别和记录这种失谐。此外，在控制和分析装置中，可以从实部和虚部的变化中或者从相位角的变化中得出关于手在方向盘上的位置的准确结论。

在由控制和分析装置进行永久监测的范围内，通过这种方式不仅可以识别出接触本身，而且还可以识别运动模式(姿态)。控制和分析装置可以解释某些姿态并且触发指配给这些姿态的功能。

如果在方向盘上分布式地设置有多个彼此分开的导体机构10，那么能够区别多个同时进行的方向盘接触(两只手均在方向盘上)。

(多个)导体机构10的布置并不受限于方向盘圈，而是还可以在方向盘的辐条和中间件上延伸。此外，可以设置平行导体12、14的任意的、对于分析有利的走向，例如规则或不规则的蜿蜒的走向。

在图2中象征性地展示了第二导体机构10，该第二导体机构被设置成用于识别对手动致动的转向或控制装置的接触的设备的第二实施方式。下面还以车辆方向盘为例描述了第二实施方式。

第二导体机构10大体上由具有多个感测区16的导体束组成，这些感测区导电地相互串联连接。感测区16是导电面或导电区域，这些感测区例如可以由箔片、导电涂料、丝网、编织丝或其他丝线结构形成。至关重要的是，感测区16是导电的并且针对手可以产生明显的电容场。

感测区16之间的电导体18又具有明显大于诸如铜丝等电阻的欧姆电阻。在此，要么导体16本身可以是具有电阻的，要么是可以在中间串联连接具有明显的欧姆电阻的电构件20、导体区段等的。

如同第一实施方式，第二导体机构10也被布置在方向盘的装饰表面的下方，例如皮革包覆物的下方。导体机构10在方向盘的整个圆周上或至少主要部分上延伸。替代性地，设置有多个这种导体机构10，这些导体机构分别被布置在方向盘圈的部分区域中。

如果手非常靠近第二导体机构10的感测区(如在接触方向盘圈时是这种情况)，那么形成电容，或者电容(c手)和导体机构10与周围环境之间没有紧挨着的手的情况下的电容相比发生改变。手的存在进而确定或改变导体机构10的总电阻的虚部。取决于手的位置来设定一定的相位角。与第一实施方式类似，在施加的交变电压已知的情况下，通过测量电流曲线可以在控制和分析装置中进行分析，该分析可以得到有关手在方向盘上的位置的准确结论。

在第二实施方式中，位置确定的精确度(分辨率)尤其取决于感测区16的数量、形状、大小和布置方式。

原则上，在第二导体机构10(方向盘圈、方向盘辐条、方向盘中间件)的布置方式、多个第二导体机构10的设置和分布以及姿态识别方面，与在第一实施方式中相同的内容适用于第二实施方式。

不仅可以以电容的方式、而且可以以电感的方式、电阻的方式、数字的方式(开关器)、磁性的方式、光学的方式产生和扫描(测量)感测区16。组合也是可行的，例如电容-电阻式感测区16。

对感测区16的扫描可以按顺序地或并行地进行，其中感测区16可以单独地或成组地进行扫描。

在图3和图4中象征性地展示了两个另外的导体机构10，这些另外的导体机构被设置成用于识别对手动致动的转向或控制装置的接触的设备的第三实施方式或第四实施方式。

在图3中所示的导体机构10中，感测区16是由伸长的电导体18形成的，这些电导体在某些区域中被紧密地弯曲或扭曲或者具有其他非常明显地弯曲的、与直的走向不同的走向。通过电导体18的这种特殊走向，感测面16和位于其间的(直的)、具有明显的欧姆电阻的导体区段和/或与在其间连接的构件20(电力电阻元件等)一起形成单独的rc构件。这些rc构件被依次分析。

在图4中示出的导体机构10对应于图3的导体机构的大部分。然而，在感测区16之间没有插入呈构件等形式的电阻。替代于此，在控制和分析装置中分析所测得的电流曲线时考虑电导体18的已知的总电阻r。

在所有实施方式中，可以通过适合的分析算法来区分不同类型的接触，例如在可定位的位置处的较长时间的接触、敲击运动、抚摸运动(包括方向)等。由此，可以实现超出在安全辅助系统和驾驶员辅助系统的范围内识别方向盘接触本身以及必要时识别方向盘是否被可靠地抓握的功能。尤其可以实现抓握识别，即可以识别驾驶员抓取或握住方向盘的抓握的方式。

示例性地，下面再一次地列出了最重要的区分可能性和借助其所开发的一些功能(假设导体机构10的安置和设计是适合的)：

-一般性地识别方向盘是否被手完全包握或者方向盘是否仅点式地被手指接触等；

-识别点式接触(例如敲击)→解释为按键压力；

-识别点式接触的位置→解释为不同的按键压力；

-识别同时进行的接触的数量→关于单手或双手接触方向盘并且/或者多点触摸输入的结论；

-识别某个接触的持续时间→用于无级地调节参数；

-识别某些姿态→触发所指配的功能，例如设置指示器(左、右)、打开刮水器、电台操纵，通常在应用内：“前进”、“后退”等。

其中这两个所描述的实施方式或某些方面自然也可以互相组合。

以车辆方向盘为例对本发明进行了阐述，然而并不受限于这个应用。根据本发明的接触识别原则上可以在机动车辆、列车、机器等的任何手动致动的转向或控制设备中应用。