用于电容感测系统的传感器诊断技术方案

技术编号:21406561 阅读:62 留言:0更新日期:2019-06-19 09:18
一种电容传感器设备(50)被配置为连接到充当电容天线电极的至少一个电加热构件(24、26)。所述电容传感器设备(50)包括:共模扼流圈(52),其连接在加热电流源(32)与所述电加热构件(26)之间;电容感测电路(58),其被配置为确定所述电加热构件(26)与对电极之间的复电阻抗;电测量分流器(62),其用于提供表示流过所述电加热构件(26)的电流的电压;以及能远程控制的直流电源(64),其能与所述加热电流源(32)并联电连接。所述能远程控制的直流电源(64)被配置为在接收到远程控制信号时向所述至少一个电加热构件(24、26)提供具有预定电荷量的电脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电容感测系统的传感器诊断
本专利技术总体上涉及电容感测,例如,用于检测座位上有人还是没人(座位占用检测)或者人的手在没在汽车的方向盘上(离手或在手检测)的电容感测。更具体地,本专利技术涉及使用加热构件作为天线电极的电容传感器设备,以及用于检测包括这种电容传感器设备的座位的占用状态,特别是车辆座位的占用状态的座位占用检测系统。
技术介绍
电容传感器和采用电容传感器的电容测量和/或检测系统具有广泛的应用,并且尤其用于检测天线电极附近的导电体的存在和/或位置。如本文所使用的,术语“电容传感器”表示这样的传感器,其响应于被感测物(人、人体的部分、宠物、物体等)对电场的影响而生成信号。电容传感器通常包括至少一个天线电极,该天线电极被施加以振荡电信号,并且当传感器工作时,该天线电极随后将电场发射到靠近天线电极的空间区域中。传感器包括至少一个感测电极——其可以与发射天线电极相同或不同——在该感测电极处检测物体或生物对电场的影响。例如,在J.R.Smith等人的标题为“ElectricFieldSensingforGraphicalInterfaces”的技术论文(其发表于IEEEComputerGraphicsandApplications,第18卷,第3期,第54-60页,1998年)中解释了不同的电容感测机制。该论文描述了用于进行非接触式三维位置测量的电场感测的概念,更具体地说,是感测人手的位置以便向计算机提供三维位置输入。在电容感测的一般概念中,作者区分了不同的机制,他将这些不同的机制称为“加载模式”、“分流模式”和“发射模式”,它们对应于各种可能的电流路径。在“加载模式”中,振荡电压信号被施加到发射电极,该发射电极建立到地的振荡电场。要感测的物体改变发射电极与地之间的电容。在“分流模式”(也被称为“耦合模式”)中,振荡电压信号被施加到发射电极,建立到接收电极的电场,并且测量在接收电极处感测的位移电流。测量的位移电流取决于被感测物体。在“发射模式”中,发射电极与用户的身体接触,然后通过直接电连接或通过电容耦合成为相对于接收器的发射器。电容耦合强度可以是例如通过向天线电极施加交流电压信号并通过测量(在加载模式下)从该天线电极流向接地的电流或者(在耦合模式下)从该天线电极流向第二天线电极的电流来确定的。该电流可以由跨阻抗放大器来测量,该跨阻抗放大器连接到感测电极并且将流入感测电极的电流转换成与该电流成比例的电压。在专利文献中已知使用加热构件作为天线电极的电容传感器。用于确定这种电容传感器的复阻抗的电容测量电路可以包括共模扼流圈。共模扼流圈包括至少两个线绕组,这些线绕组通常具有相同的匝数,缠绕在共同的铁氧体磁芯上。所述至少两个线绕组用作简单的电线,以防止在相反的电流方向上流过共模扼流圈的差模电流。对于在相同的电流方向上流过共模扼流圈绕组的共模电流,至少两个线绕组用作具有大阻抗的电感器。为此,共模扼流圈(CMC)通常用于提供加热构件与加热电流源的AC去耦合。这通过示例在专利申请US2011/0148648A1中示出,该专利申请描述了一种使用座位加热构件12作为天线电极的车辆座位电容占用感测系统。图1示意性地示出了该现有技术的图示。电压源2表示加热器(例如,座位加热器控制单元)的电源。电子控制模块(ECM)1被配置为电容测量电路。该电容测量电路包括共模扼流圈5、AC电压源9和电容器6、7和8。电容器8将由AC电压源9生成的AC电压耦合到节点11中。加热构件12具有朝向接地的复阻抗13。复阻抗13包括电容分量以及电阻分量,它们取决于车辆座位的占用状态。因此,复阻抗13在下文中也被称为“未知阻抗”或“待确定的阻抗”。电容器8与未知阻抗13一起形成分压器。节点11与电路接地10之间的复电压Umeas能够用于计算未知复阻抗13。共模扼流圈5由于其大阻抗而使节点11上的AC电压与AC接地去耦合。加热构件12可以同时被由电压源2供应的DC电流穿过并且被电容测量电路用AC电压驱动。电容器6和7确保在共模扼流圈5的侧面上存在定义的AC接地,该共模扼流圈5连接到座位加热器的DC电源。接地3是参考接地。共模扼流圈5的连接被编号为5.1至5.4:连接5.1将第一绕组连接到电压源2的高电位侧;连接5.2将第一绕组连接到加热构件12的高电位侧;连接5.3将第二绕组连接到加热构件12的低电位侧,并且连接5.4将第二绕组连接到电压源2的低电位侧。电阻器4表示电压源2的低电位侧与共模扼流圈5的第四连接5.4之间的布线的布线电阻。
技术实现思路
本专利技术涉及一种电容传感器设备,其使用电加热构件作为电容天线电极并且包括共模扼流圈,所述共模扼流圈被提供为将电加热构件与加热电流源互连。电加热构件可以具体形成座位(例如,车辆座位)的部分或车辆方向盘的部分。对于使用电加热构件作为电容天线电极的电容传感器设备,必须检查电加热构件是否存在潜在的中断。如果电加热构件发生中断,则电加热构件将不再正确实现其作为电容天线电极的功能。如果一个或多个额外的加热器(例如,靠背加热器)是加热器ECU或者与加热器ECU并联连接,则不可能存在将直流电流注入加热器并测量加热器两端的电压降的简单解决方案,因为并联的靠背加热器会掩盖座位加热器中断。而且,不能应用用于执行电加热构件的功能测试的其他常规方法。例如,由于防护要求,经由共模扼流圈将通常高的测量频率的电流注入通过电加热构件是不可行的。另一种常规方法是控制加热电流源以提供加热电流脉冲,这也是不可行的,因为加热电流源(或被提供为控制加热电流源的控制单元)可能处于低电压模式或故障模式,或者与控制单元的通信可能始终不可用。因此,本专利技术的目的是提供一种电容传感器设备,其能够自主地执行对充当电容天线电极的电加热构件的诊断。在本专利技术的一个方面中,该目的通过一种电容传感器设备来实现,所述电容传感器设备被配置用于连接到至少一个电加热构件并用于连接到加热电流源,所述加热电流源用于向所述至少一个电加热构件提供电力。所述至少一个电加热构件被配置用于充当电容天线电极。在本申请中使用的短语“被配置为”应被具体理解为经过特定编程、布局、提供或布置。所述电容传感器设备包括共模扼流圈、电容感测电路、电测量分流器以及能远程控制的直流电源。所述共模扼流圈具有第一电感耦合绕组和第二电感耦合绕组。所述第一绕组被配置用于连接在所述加热电流源的第一端子与所述电加热构件的第一端子之间。所述第二绕组被配置用于连接在所述电加热构件的第二端子与所述加热电流源的第二端子之间。所述电容感测电路被配置用于经由测量节点将周期性测量信号注入到所述至少一个电加热构件中并响应于所注入的测量信号而测量所述测量节点处的电量,所述电量能用于确定所述至少一个电加热构件与对电极之间的复电阻抗。所述电测量分流器与所述至少一个电加热构件串联电连接,以用于提供表示流过所述至少一个电加热构件的电流的电压。所述能远程控制的直流电源能与所述加热电流源并联电连接。所述能远程控制的直流电源被配置为在接收到远程控制信号时向所述至少一个电加热构件提供具有预定电荷量的电脉冲。作为差模电流,电脉冲由共模扼流圈以不受影响的方式传导。电测量分流器充当电流监测器。电容感测设备几乎在其工作的任何时间都允许利用至少一个预定标准基于由电测量分本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电容传感器设备(50),被配置用于连接到至少一个电加热构件(24、26)以及加热电流源(32),所述加热电流源用于向所述至少一个电加热构件(24、26)提供电力,其中,所述至少一个电加热构件(26)被配置用于充当电容天线电极,所述电容传感器设备(50)包括:共模扼流圈(52),其具有第一电感耦合绕组(54)和第二电感耦合绕组(56),其中,所述第一绕组(54)被配置用于连接在所述加热电流源(32)的第一输出端子(34)与所述电加热构件(26)的第一端子(28)之间,并且其中,所述第二绕组(56)被配置用于连接在所述电加热构件(26)的第二端子(30)与所述加热电流源(32)的第二输出端子(36)之间,电容感测电路(58),其被配置用于经由测量节点(60)将周期性测量信号注入到所述至少一个电加热构件(26)中并响应于所注入的测量信号而测量所述测量节点(60)处的电量,所述电量能用于确定所述至少一个电加热构件(26)与对电极之间的复电阻抗,电测量分流器(62),其与所述至少一个电加热构件(26)串联电连接,以用于提供表示流过所述至少一个电加热构件(26)的电流的电压,以及能远程控制的直流电源(64),其能与所述加热电流源(32)并联电连接,其中,所述能远程控制的直流电源(64)包括电容器(68),所述电容器被配置为:在所述电容器(68)的两种不同电荷状态之间转变期间,在接收到远程控制信号时向所述至少一个电加热构件(24、26)提供具有预定电荷量的电脉冲。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.28 LU 932841.一种电容传感器设备(50),被配置用于连接到至少一个电加热构件(24、26)以及加热电流源(32),所述加热电流源用于向所述至少一个电加热构件(24、26)提供电力,其中,所述至少一个电加热构件(26)被配置用于充当电容天线电极,所述电容传感器设备(50)包括:共模扼流圈(52),其具有第一电感耦合绕组(54)和第二电感耦合绕组(56),其中,所述第一绕组(54)被配置用于连接在所述加热电流源(32)的第一输出端子(34)与所述电加热构件(26)的第一端子(28)之间,并且其中,所述第二绕组(56)被配置用于连接在所述电加热构件(26)的第二端子(30)与所述加热电流源(32)的第二输出端子(36)之间,电容感测电路(58),其被配置用于经由测量节点(60)将周期性测量信号注入到所述至少一个电加热构件(26)中并响应于所注入的测量信号而测量所述测量节点(60)处的电量,所述电量能用于确定所述至少一个电加热构件(26)与对电极之间的复电阻抗,电测量分流器(62),其与所述至少一个电加热构件(26)串联电连接,以用于提供表示流过所述至少一个电加热构件(26)的电流的电压,以及能远程控制的直流电源(64),其能与所述加热电流源(32)并联电连接,其中,所述能远程控制的直流电源(64)包括电容器(68),所述电容器被配置为:在所述电容器(68)的两种不同电荷状态之间转变期间,在接收到远程控制信号时向所述至少一个电加热构件(24、26)提供具有预定电荷量的电脉冲。2.如权利要求1所述的电容传感器设备(50),其中,所述能远程控制的直流电源(64)还包括电流源,所述电流源被配置为在预定脉冲持续时间期间均匀地提供所述预定电荷量。3.如前述权利要求中的任一项所述的电容传感器设备(50),其中,所述共模扼流圈(52)的所述电感耦合绕组(54、56)中的一个充当所述电测量分流器(62)。4.一种电容测量系统(22),包括:如权利要求1至3中的任一项所述的电容传感器设备(50),以及微控制器(38),其被配置用于远程控制所述能远程控制的直流电源(64)。5.如权利要求4所述的电容测量系统(22),其中,所述微控制器(38)包括至少一个模数转换器(46),所述至少一个模数转换器具有输入端口,所述输入端口电连接到所述电测量分流器(62)以用于确定所述电测量分流器(62)两端的电压。6.一种用于检测座位的占用,特别是车辆座位的占用的座位占用检测...

【专利技术属性】
技术研发人员:L·拉梅施
申请(专利权)人:IEE国际电子工程股份公司
类型:发明
国别省市:卢森堡,LU

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