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WO2023104506A1 - Device for heating a surface and for simultaneously detecting contact with the surface - Google Patents

Device for heating a surface and for simultaneously detecting contact with the surface Download PDF

Info

Publication number
WO2023104506A1
WO2023104506A1 PCT/EP2022/082843 EP2022082843W WO2023104506A1 WO 2023104506 A1 WO2023104506 A1 WO 2023104506A1 EP 2022082843 W EP2022082843 W EP 2022082843W WO 2023104506 A1 WO2023104506 A1 WO 2023104506A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating
circuit
functional conductor
functional
heating circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/082843
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Benjamin SCHÄFER
Matthias Reckermann
Original Assignee
Marquardt Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt Gmbh filed Critical Marquardt Gmbh
Priority to EP22821932.5A priority Critical patent/EP4288323A1/en
Publication of WO2023104506A1 publication Critical patent/WO2023104506A1/en

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/046—Adaptations on rotatable parts of the steering wheel for accommodation of switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/56—Heating or ventilating devices
    • B60N2/5678—Heating or ventilating devices characterised by electrical systems
    • B60N2/5685—Resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
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    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/06—Rims, e.g. with heating means; Rim covers
    • B62D1/065—Steering wheels with heating and ventilating means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles
    • H05B1/0238—For seats

Definitions

  • the invention relates to a device for heating a surface and for the simultaneous detection of a touch on the surface.
  • a large number of devices for heating surfaces and for detecting that the surface has been touched are known from the prior art. Such devices are usually integrated into steering handles, such as handlebars or steering wheels, or into seats.
  • the heating or the heating of the steering handle primarily represents a comfort function which is intended to provide an operator with a control element at a pleasant temperature.
  • the touch detection on steering handles is mainly used to increase driving safety, since the touch detection recognizes the hand of the driver or the driver himself and thereby ensures, for example, that the driver grips the handle with at least one hand.
  • the information about the touch or presence of the driver and/or hand can also be used in numerous other systems of the vehicle.
  • Such touch recognition is particularly relevant against the background of automated driving or autonomously driving vehicles, in which the driver should continue to grip the steering wheel for safety reasons. Alternatively, the vehicle could also be informed by touching it that the driver would like to take control of the vehicle himself again.
  • a combination of heating and touch detection is known both from the document EP 2 028 078 A1 and from the document DE 11 2018 005 213 T5.
  • a sensor with a plurality of sensor lines is provided in each case, of which one of the sensor lines is also used as a heating wire, so that these are formed integrally with one another.
  • the problem here is that the controller or a sensor control circuit must be matched exactly to the heater or to the heater control circuit, since the control of the sensor must not affect the heater and the control of the heater must not affect the sensor.
  • the invention is therefore based on the object of overcoming the above-mentioned disadvantages and providing a device for heating a surface and for simultaneously detecting a touch on the surface, which enables the functions to be carried out simultaneously and which can be both inexpensive and, in particular, simple in terms of control .
  • the device for heating a surface and for the simultaneous detection of a touch on the surface.
  • the device can be integrated into a seat or a steering handle of a vehicle.
  • the surface can be, for example, a handle or gripping surface of the steering handle or a seat or backrest surface of the seat.
  • the device has a control device and an electrically conductive device connected to it Function manager up.
  • the functional conductor is both a heating wire for heating the surface and a sensor element for detecting when the surface has been touched.
  • the control device has a heating circuit for heating the surface via the functional conductor and a sensor circuit for simultaneous detection of touching the surface via the functional conductor.
  • the heating circuit has an input side and an output side which is galvanically isolated from it and is connected to the functional conductor.
  • a supply voltage for the heating circuit can be provided on the input side, for which purpose the input side can be connected, for example, to a supply or on-board network of a vehicle or generally to a voltage source such as a battery.
  • the output side of the heating circuit is used to provide a heating voltage applied to the functional lead, by means of which the functional lead can be heated in its function as a heating wire.
  • the output side of the heating circuit is galvanically isolated as the secondary side of the galvanic isolation from the input side as the primary side of the galvanic isolation and preferably the sensor circuit.
  • the functional conductor is thus galvanically isolated from a supply voltage or the primary side or input side of the heating circuit, so that detection of a touch by the sensor circuit cannot be influenced by the heating circuit.
  • the functional conductor can be simultaneously controlled by the heating circuit or supplied with the heating voltage and connected to the sensor circuit, so that touching the surface via the functional conductor can be detected by the sensor circuit.
  • the device according to the invention thus makes it possible to heat the surface at the same time as detecting that the surface has been touched.
  • recognition of a touch is also understood to mean recognition of an approach to the surface, since the contact is recognized in particular capacitively and, for example, a hand arranged above the surface can also be recognized without contact.
  • the sensor circuit is therefore provided as a measuring circuit for detecting contact and is galvanically isolated from the heating circuit for controlling the functional conductor as a heating control.
  • the heating circuit and the sensor circuit do not affect each other, or at least do not significantly affect each other.
  • the heating circuit has a flyback converter and/or forward converter and/or a push-pull circuit to implement the electrical isolation.
  • the heating circuit can be designed to control the functional conductor preferably exclusively by regulating the power on the primary side.
  • the heating circuit is also according to a likewise advantageous development tion on the secondary side of the galvanic isolation free of an element for rectification, which can be in particular a diode and further in particular a blocking diode.
  • the heating circuit therefore has no element for rectification (eg diode or blocking diode) on its secondary or output side, which also increases the efficiency and allows a cost-effective circuit design to be implemented.
  • the heating circuit has at least one switching element on the primary side for driving the functional conductor, which switching element is designed in particular as a transistor and further in particular as a MOSFET.
  • the switching element itself can be controlled via a driver IC or a microcontroller.
  • the sensor circuit can also have a microcontroller, with control and/or evaluation logic of the sensor circuit being able to be implemented on the microcontroller. Furthermore, the actuation or actuation logic of the switching element of the heating circuit can also be provided integrally on the same microcontroller.
  • the heating circuit can have a transformer, which preferably has the lowest possible coupling capacitance.
  • the functional conductor is preferably arranged in a planar manner and running in a meandering manner.
  • the function conductor preferably extends in such a way that the entire surface can be heated and a touch can be detected at any point on the surface.
  • the functional conductor can be embedded in a functional layer, which can correspond to the surface on one side.
  • the functional layer can have a decorative layer or be arranged on it be, through which the surface is formed, which is to be heated and on which touches are to be detected.
  • the sensor circuit preferably has an input connected to the functional conductor as well as connections for the voltage supply of the sensor circuit.
  • the input is preferably separated from the connections, so that a supply voltage at the connections for the voltage supply cannot influence a measuring circuit implemented by the sensor circuit for determining the touch.
  • a further aspect of the invention relates to a steering handle of a vehicle with a device according to the invention.
  • the area corresponds to a gripping or gripping surface for gripping the steering handle, so that the gripping surface can be heated and touching of the gripping surface can be detected.
  • one aspect of the invention relates to a vehicle seat with a device according to the invention, the surface being a seat surface and/or a backrest or backrest surface, such as a surface of a backrest or an armrest, of the vehicle seat, so that these are/is heatable and touchable is detectable.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention
  • Figure 2a shows a flyback converter as part of the heating circuit of the device
  • Figure 2b shows a flux converter as part of the heating circuit of the device;
  • 3a shows a steering handle with a function manager of a device;
  • 3b shows a vehicle seat with a function manager of a device.
  • a device 1 according to the invention is shown schematically in FIG. This has a control device 10 and a function conductor 13 connected to it, by means of which a surface 2 can be heated and a touch on the surface 2 can be detected.
  • a heating circuit 11 is provided in the control device 10, which in the present case comprises a controller 11C and a voltage supply unit 11V.
  • a sensor circuit 12 evaluates a capacitive change detected via the functional conductor 13.
  • the controller 11C of the heating circuit 11 and the sensor circuit 12 are presently provided on a common microcontroller 15, although these can also be provided on separate microcontrollers or generally separately from one another.
  • a power pack 14 is also provided as part of the device 1 or as part of the control device 10 , which, however, does not have to be understood as part of the device 1 or the control device 10 .
  • the sensor circuit 12 and the heating circuit 11 are supplied with a mains or operating voltage by the power pack 14 .
  • the functional conductor 13 is in the voltage supply unit 11 V of the heating circuit 11 galvanically from the input side 11A of the voltage supply 11V supply unit or separated from the power pack 14, so that a changing heating voltage for heating the surface 2 has no influence on a measurement by the sensor circuit 12, ie the touch detection.
  • the voltage supply unit 11V can be implemented by various circuits, as shown by way of example in FIGS. 2a and 2b.
  • the 11 V voltage supply unit is designed as a flyback converter, as shown in Figure 2a, or as a flux or
  • the voltage supply unit 11V has an input side 11A, which is connected to the power supply unit 14, and an output side 11B, which is electrically isolated therefrom via a transformer 11T and is connected to the functional conductor 13.
  • a switching element 11S designed as a MOSFET is provided on the input side, which is controlled, for example, by the controller 11C of the heating circuit 11 implemented on the microcontroller 15 .
  • a diode 11D can be dispensed with in each case on the output side 11B.
  • a crossed-out diode 11D is shown in FIG. 2a, which is correspondingly not present.
  • FIG. 3a showing a steering wheel as steering handle 3, which is heated and whose contact is to be detected.
  • the integration of the device 1 in a seat 4 is also possible, the seat surface 2 of which is heated and an occupancy of the seat is to be detected by detecting the contact of the seat surface 2 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Steering Controls (AREA)

Abstract

The invention relates to device (1) for heating a surface (2) and for simultaneously detecting contact with the surface (2), comprising a control device (10) and an electrically conductive functional conductor (13) connected to same as a heating wire for heating the surface (2), which is simultaneously a sensor element for detecting contact with the surface (2), wherein the control device (10) has a heating circuit (11) for heating the surface (2) via the functional conductor (13) and a sensor circuit (12) for simultaneously detecting contact with the surface (2) via the functional conductor (13), which are each electrically connected to the functional conductor (13), wherein the heating circuit (11) has a supply-voltage-side input side (11A) and a galvanically isolated output side (11B) connected to the functional conductor (13) for providing a heating voltage applied at the functional conductor (13), wherein the output side (11B) of the heating circuit (11), as the secondary side of the galvanic isolation, is galvanically isolated from the input side (11A) as the primary side of the galvanic isolation and the sensor circuit (12), and the functional conductor (13) is galvanically isolated from a supply voltage of the control device (10) and can simultaneously be supplied with the heating voltage by the heating circuit (11) and contact with the surface (2) can be detected by the sensor circuit (12) via the functional conductor (13).

Description

Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche Device for heating a surface and for the simultaneous detection of a touch on the surface
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche. The invention relates to a device for heating a surface and for the simultaneous detection of a touch on the surface.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Beheizen von Flächen und zur Erkennung einer Berührung der Fläche bekannt. Zumeist sind solche Vorrichtungen in Lenkhandhaben, wie beispielsweise Lenkern oder Lenkrädern, oder in Sitze integriert. A large number of devices for heating surfaces and for detecting that the surface has been touched are known from the prior art. Such devices are usually integrated into steering handles, such as handlebars or steering wheels, or into seats.
Dabei stellt die Heizung bzw. die Beheizung der Lenkhandhabe in erster Linie eine Komfortfunktion dar, welche einem Bediener ein angenehm temperiertes Bedienelement bereitstellen soll. Davon abweichend dient die Berührungserkennung an Lenkhandhaben überwiegend zur Steigerung der Fahrsicherheit, da durch die Berührungserkennung die Hand des Fahrers bzw. der Fahrer selbst erkannt und dadurch beispielsweise sichergestellt werden soll, dass der Fahrer die Handhabe mit zumindest einer Hand greift. The heating or the heating of the steering handle primarily represents a comfort function which is intended to provide an operator with a control element at a pleasant temperature. Deviating from this, the touch detection on steering handles is mainly used to increase driving safety, since the touch detection recognizes the hand of the driver or the driver himself and thereby ensures, for example, that the driver grips the handle with at least one hand.
Zusätzlich kann die Information über die Berührung bzw. Anwesenheit von Fahrer und/oder Hand auch bei zahlreichen weiteren System des Fahrzeugs verwendet werden. In addition, the information about the touch or presence of the driver and/or hand can also be used in numerous other systems of the vehicle.
Eine solche Berührungserkennung ist insbesondere vor dem Hintergrund automatisierten Fahrens bzw. autonom fahrender Fahrzeuge relevant, bei welchem der Fahrer das Steuer bzw. Lenkrad aus Sicherheitsgründen weiterhin greifen soll. Alternativ könnte dem Fahrzeug auch durch eine Berührung gemeldet werden, dass der Fahrer wieder selbst die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen möchte. Such touch recognition is particularly relevant against the background of automated driving or autonomously driving vehicles, in which the driver should continue to grip the steering wheel for safety reasons. Alternatively, the vehicle could also be informed by touching it that the driver would like to take control of the vehicle himself again.
Um sowohl ein Heizen als auch eine Berührungserkennung bereitstellen zu können, ist im Stand der Technik meist vorgesehen, dass eine Anwendung für solche Vorrichtungen, also eine Lenkhandhabe oder ein Sitz, sowohl mit einer Heizung als auch mit einem davon getrennten bzw. separaten Sensor zur Berührungserkennung ausgestattet ist. Das führt jedoch zu einem bau- raum- und kostenintensiven Aufbau. In order to be able to provide both heating and touch detection, the prior art usually provides that an application for such devices, i.e. a steering handle or a seat, has both a heater and a separate or separate sensor for touch detection Is provided. However, this leads to a space- and cost-intensive structure.
Weiter ist sowohl aus der Schrift EP 2 028 078 A1 als auch aus der Schrift DE 11 2018 005 213 T5 eine Kombination von Heizung und Berührungserkennung bekannt. Gemäß beiden Varianten ist jeweils ein Sensor mit mehreren Sensorleitungen vorgesehen, von welchen eine der Sensorleitungen zugleich als Heizdraht genutzt wird, sodass diese integral miteinander ausgebildet sind. Dabei ist jedoch problematisch, dass die Steuerung bzw. eine Sensor-Steuerschaltung exakt auf die Heizung bzw. auf die Heiz-Steuerschaltung abgestimmt werden muss, da die Steuerung des Sensors nicht die Heizung und die Steuerung der Heizung nicht den Sensor beeinflussen darf. Furthermore, a combination of heating and touch detection is known both from the document EP 2 028 078 A1 and from the document DE 11 2018 005 213 T5. According to both variants, a sensor with a plurality of sensor lines is provided in each case, of which one of the sensor lines is also used as a heating wire, so that these are formed integrally with one another. However, the problem here is that the controller or a sensor control circuit must be matched exactly to the heater or to the heater control circuit, since the control of the sensor must not affect the heater and the control of the heater must not affect the sensor.
Weiter ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, für das Beheizen und die Berührungserkennung einen gemeinsamen Funktionsleiter zu verwenden, welcher jedoch wechselweise und niemals gleichzeitig mit einer Heiz- Schaltung und mit einer Sensor-Schaltung verbunden ist, sodass ständig zwischen diesen Schaltungen umgeschaltet werden muss. It is also known from the prior art to use a common functional conductor for heating and touch detection, which, however, is connected alternately and never simultaneously to a heating circuit and a sensor circuit, so that switching between these circuits has to be performed constantly .
Entsprechend ist die Auswertung des Sensors oder eine dafür notwendige Schaltung komplex, teuer und anfällig für Fehler. Accordingly, the evaluation of the sensor or a circuit required for this is complex, expensive and prone to errors.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche bereitzustellen, welche die zeitgleiche Ausführung der Funktionen ermöglicht und sowohl kostengünstig als auch insbesondere bezüglich der Ansteuerung einfach ausgeführt werden kann. The invention is therefore based on the object of overcoming the above-mentioned disadvantages and providing a device for heating a surface and for simultaneously detecting a touch on the surface, which enables the functions to be carried out simultaneously and which can be both inexpensive and, in particular, simple in terms of control .
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by the combination of features according to claim 1.
Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann insbesondere in einen Sitz oder eine Lenkhandhabe eines Fahrzeugs integriert sein. Die Fläche kann entsprechend beispielsweise eine Griff- bzw. Greiffläche der Lenkhandhabe oder eine Sitz- oder Lehnfläche des Sitzes sein. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Steuervorrichtung sowie einen mit dieser verbundenen, elektrisch leitfähigen Funktionsleiter auf. Der Funktionsleiter ist zugleich ein Heizdraht zur Beheizung der Fläche, als auch ein Sensorelement zur Erkennung einer Berührung der Fläche. Die Steuervorrichtung weist eine Heiz-Schaltung zur Beheizung der Fläche über den Funktionsleiter sowie eine Sensor-Schaltung zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche über den Funktionsleiter auf. Sowohl Heiz-Schaltung als auch Sensor-Schaltung sind dabei elektrisch mit dem Funktionsleiter verbunden. Dabei besitzt die Heiz-Schaltung eine Eingangsseite und eine davon galvanisch getrennte, mit dem Funktionsleiter verbundene Ausgangsseite. An der Eingangsseite kann eine Versorgungsspannung für die Heiz-Schaltung bereitgestellt werden, wofür die Eingangsseite beispielsweise mit einem Versorgungs- oder Bordnetz eines Fahrzeugs oder allgemein einer Spannungsquelle, wie einer Batterie, verbunden sein kann. Die Ausgangsseite der Heiz-Schaltung dient dem Bereitstellen einer an dem Funktionsleiter anliegenden Heiz-Spannung, durch welche der Funktionsleiter in seiner Funktion als Heizdraht erhitzt werden kann. Die Ausgangsseite der Heiz-Schaltung ist als Sekundärseite der galvanischen Trennung galvanisch von der Eingangsseite als Primärseite der galvanischen Trennung und vorzugsweise der Sensor-Schaltung getrennt. Der Funktionsleiter ist somit galvanisch von einer Versorgungsspannung bzw. der Primärseite oder Eingangsseite der Heiz-Schaltung getrennt, sodass eine Erfassung einer Berührung durch die Sensor-Schaltung nicht durch die Heiz- Schaltung beeinflusst werden kann. Entsprechend ist der Funktionsleiter zeitgleich von der Heiz-Schaltung ansteuerbar bzw. mit der Heiz-Spannung versorgbar und mit der Sensor-Schaltung verbunden, sodass eine Berührung der Fläche über den Funktionsleiter durch die Sensor-Schaltung erfassbar ist. According to the invention, therefore, a device for heating a surface and for the simultaneous detection of a touch on the surface is proposed. In particular, the device can be integrated into a seat or a steering handle of a vehicle. Accordingly, the surface can be, for example, a handle or gripping surface of the steering handle or a seat or backrest surface of the seat. According to the invention, the device has a control device and an electrically conductive device connected to it Function manager up. The functional conductor is both a heating wire for heating the surface and a sensor element for detecting when the surface has been touched. The control device has a heating circuit for heating the surface via the functional conductor and a sensor circuit for simultaneous detection of touching the surface via the functional conductor. Both the heating circuit and the sensor circuit are electrically connected to the functional conductor. The heating circuit has an input side and an output side which is galvanically isolated from it and is connected to the functional conductor. A supply voltage for the heating circuit can be provided on the input side, for which purpose the input side can be connected, for example, to a supply or on-board network of a vehicle or generally to a voltage source such as a battery. The output side of the heating circuit is used to provide a heating voltage applied to the functional lead, by means of which the functional lead can be heated in its function as a heating wire. The output side of the heating circuit is galvanically isolated as the secondary side of the galvanic isolation from the input side as the primary side of the galvanic isolation and preferably the sensor circuit. The functional conductor is thus galvanically isolated from a supply voltage or the primary side or input side of the heating circuit, so that detection of a touch by the sensor circuit cannot be influenced by the heating circuit. Correspondingly, the functional conductor can be simultaneously controlled by the heating circuit or supplied with the heating voltage and connected to the sensor circuit, so that touching the surface via the functional conductor can be detected by the sensor circuit.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also das Beheizen der Fläche zeitgleich zu einer Erkennung einer Berührung der Fläche möglich. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als ein Erkennen einer Berührung auch ein Erkennen einer Annäherung an die Fläche verstanden, da die Berührungserkennung insbesondere kapazitiv erfolgt und auch beispielsweise eine oberhalb der Fläche angeordnete Hand berührungslos erkannt werden kann. The device according to the invention thus makes it possible to heat the surface at the same time as detecting that the surface has been touched. Within the scope of the present application, recognition of a touch is also understood to mean recognition of an approach to the surface, since the contact is recognized in particular capacitively and, for example, a hand arranged above the surface can also be recognized without contact.
Die Sensor-Schaltung ist also als Messschaltung zur Erkennung der Berührung vorgesehen und galvanisch von der Heiz-Schaltung zur Ansteuerung des Funktionsleiters als Heizungsansteuerung getrennt. The sensor circuit is therefore provided as a measuring circuit for detecting contact and is galvanically isolated from the heating circuit for controlling the functional conductor as a heating control.
Durch die galvanische Trennung beeinflussen sich Heiz-Schaltung und Sensor-Schaltung nicht bzw. zumindest nicht Wesentlich gegenseitig. Due to the galvanic isolation, the heating circuit and the sensor circuit do not affect each other, or at least do not significantly affect each other.
Dabei ist es vorteilhaft, die kapazitive Kopplung zwischen der Sensor-Schaltung und der Heiz-Schaltung zu minimieren, die Koppelkapazität der galvanischen Trennung sehr gering zu halten, sodass die Sensor-Schaltung als Messschaltung möglichst wenig von der Heiz-Schaltung beeinflusst wird. It is advantageous to minimize the capacitive coupling between the sensor circuit and the heating circuit, to keep the coupling capacitance of the galvanic isolation very low, so that the sensor circuit as a measuring circuit is influenced as little as possible by the heating circuit.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Heiz-Schaltung einen Sperrwandler und/oder Flusswandler und/oder eine Push-Pull-Schaltung zur Realisierung der galvanischen Trennung aufweist. An advantageous development provides that the heating circuit has a flyback converter and/or forward converter and/or a push-pull circuit to implement the electrical isolation.
Weiter kann die Heiz-Schaltung ausgebildet sein, den Funktionsleiter vorzugsweise ausschließlich durch Regelung der Leistung an der Primärseite anzusteuern. Furthermore, the heating circuit can be designed to control the functional conductor preferably exclusively by regulating the power on the primary side.
Bei der Ansteuerung des Funktionsleiters als Heizelement bzw. Heizdraht ist es nicht notwendig, die Ausgangsspannung (Sekundärseite) explizit zu regeln, es reicht aus die Leistung über die Primärseite einzustellen. Dies vereinfacht den Aufbau und es kann eine höhere Effizienz erzielt werden. When controlling the functional conductor as a heating element or heating wire, it is not necessary to regulate the output voltage (secondary side) explicitly, it is sufficient to set the power via the primary side. This simplifies the structure and higher efficiency can be achieved.
Die Heiz-Schaltung ist zudem gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbil- dung an der Sekundärseite der galvanischen Trennung frei von einem Element zur Gleichrichtung, bei welchem es sich insbesondere um eine Diode und weiter insbesondere um eine Sperrdiode handeln kann. Die Heiz-Schaltung weist also an ihrer Sekundär- bzw. Ausgangsseite kein Element zur Gleichrichtung (z.B. Diode bzw. Sperrdiode) auf, wodurch ebenfalls die Effizienz erhöht und ein kostengünstiger Schaltungsaufbau realisiert werden kann. The heating circuit is also according to a likewise advantageous development tion on the secondary side of the galvanic isolation free of an element for rectification, which can be in particular a diode and further in particular a blocking diode. The heating circuit therefore has no element for rectification (eg diode or blocking diode) on its secondary or output side, which also increases the efficiency and allows a cost-effective circuit design to be implemented.
Zur Ansteuerung des Funktionsleiters weist die Heiz-Schaltung gemäß einer weiteren Variante an der Primärseite zumindest ein Schaltelement auf, welches insbesondere als Transistor und weiter insbesondere als MOSFET ausgebildet ist. According to a further variant, the heating circuit has at least one switching element on the primary side for driving the functional conductor, which switching element is designed in particular as a transistor and further in particular as a MOSFET.
Das Schaltelement selbst kann über einen Treiber-IC oder einen Mikrocontroller angesteuert sein. The switching element itself can be controlled via a driver IC or a microcontroller.
Die Sensor-Schaltung kann ebenfalls einen Mikrocontroller aufweisen, wobei eine Steuer- und/oder Auswertelogik der Sensor-Schaltung auf dem Mikrocontroller implementiert sein kann. Ferner kann auch die Ansteuerung bzw. Ansteuerlogik des Schaltelements der Heiz-Schaltung integral auf demselben Mikrocontroller vorgesehen sein. The sensor circuit can also have a microcontroller, with control and/or evaluation logic of the sensor circuit being able to be implemented on the microcontroller. Furthermore, the actuation or actuation logic of the switching element of the heating circuit can also be provided integrally on the same microcontroller.
Die Heiz-Schaltung kann zur galvanischen Trennung einen Transformator aufweisen, welcher vorzugsweise eine möglichst geringe Koppelkapazität hat. For galvanic isolation, the heating circuit can have a transformer, which preferably has the lowest possible coupling capacitance.
Vorzugsweise ist der Funktionsleiter flächig und mäanderartig verlaufend angeordnet. Dabei verläuft der Funktionsleiter weiter vorzugsweise derart, dass die gesamte Fläche beheizbar und eine Berührung an jedem Punkt der Fläche erfassbar ist. The functional conductor is preferably arranged in a planar manner and running in a meandering manner. In this case, the function conductor preferably extends in such a way that the entire surface can be heated and a touch can be detected at any point on the surface.
Hierzu kann der Funktionsleiter in eine Funktionsschicht eingebettet sein, welche zu einer Seite hin zu der Fläche korrespondieren kann. Ferner kann die Funktionsschicht eine Dekorschicht aufweisen oder an dieser angeordnet sein, durch welche die Fläche gebildet wird, welche beheizt werden soll und an welcher Berührungen erfasst werden sollen. For this purpose, the functional conductor can be embedded in a functional layer, which can correspond to the surface on one side. Furthermore, the functional layer can have a decorative layer or be arranged on it be, through which the surface is formed, which is to be heated and on which touches are to be detected.
Die Sensor-Schaltung weist zudem vorzugsweise einen mit dem Funktionsleiter verbundenen Eingang sowie Anschlüsse zur Spannungsversorgung der Sensor-Schaltung auf. Dabei ist der Eingang vorzugsweise von den Anschlüssen getrennt, sodass eine Versorgungsspannung an den Anschlüssen zur Spannungsversorgung nicht eine durch die Sensor-Schaltung realisierte Messschaltung zur Bestimmung der Berührung beeinflussen kann. In addition, the sensor circuit preferably has an input connected to the functional conductor as well as connections for the voltage supply of the sensor circuit. In this case, the input is preferably separated from the connections, so that a supply voltage at the connections for the voltage supply cannot influence a measuring circuit implemented by the sensor circuit for determining the touch.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkhandhabe eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei entspricht die Fläche einer Griff- bzw. Greiffläche zum Greifen der Lenkhandhabe, sodass die Greiffläche beheizbar und eine Berührung der Greiffläche erfassbar ist. A further aspect of the invention relates to a steering handle of a vehicle with a device according to the invention. The area corresponds to a gripping or gripping surface for gripping the steering handle, so that the gripping surface can be heated and touching of the gripping surface can be detected.
Ferner betrifft ein Aspekt der Erfindung einen Fahrzeugsitz mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Fläche eine Sitzfläche und/oder eine Lehn- bzw. Lehnenfläche, wie eine Fläche einer Rückenlehne oder einer Armlehne, des Fahrzeugsitzes ist, sodass diese beheizbar sind/ist und eine Berührung erfassbar ist. Furthermore, one aspect of the invention relates to a vehicle seat with a device according to the invention, the surface being a seat surface and/or a backrest or backrest surface, such as a surface of a backrest or an armrest, of the vehicle seat, so that these are/is heatable and touchable is detectable.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: The features disclosed above can be combined as desired, insofar as this is technically possible and they do not contradict one another. Other advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims or are presented in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäß Vorrichtung; 1 shows a device according to the invention;
Fig. 2a einen Sperrwandler als Teil der Heiz-Schaltung der Vorrichtung;Figure 2a shows a flyback converter as part of the heating circuit of the device;
Fig. 2b einen Flusswandler als Teil der Heiz-Schaltung der Vorrichtung; Fig. 3a eine Lenkhandhabe mit einem Funktionsleiter einer Vorrichtung; Figure 2b shows a flux converter as part of the heating circuit of the device; 3a shows a steering handle with a function manager of a device;
Fig. 3b einen Fahrzeugsitz mit einem Funktionsleiter einer Vorrichtung. 3b shows a vehicle seat with a function manager of a device.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin. The figures are schematic by way of example. The same reference numbers in the figures indicate the same functional and/or structural features.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Diese weist eine Steuervorrichtung 10 und einen damit verbundenen Funktionsleiter 13 auf, durch welchen eine Fläche 2 beheizt und eine Berührung der Fläche 2 detektiert werden kann. A device 1 according to the invention is shown schematically in FIG. This has a control device 10 and a function conductor 13 connected to it, by means of which a surface 2 can be heated and a touch on the surface 2 can be detected.
Zur Beheizung der Fläche 2 über den Funktionsleiter 13 ist in der Steuervorrichtung 10 eine Heiz-Schaltung 11 vorgesehen, welche vorliegend eine Steuerung 11 C und eine Spannungsversorgungseinheit 11V umfasst. Um eine Berührung der Fläche 2 detektieren zu können, wertet eine Sensor- Schaltung 12 eine über den Funktionsleiter 13 erfasste kapazitive Änderung aus. In order to heat the surface 2 via the functional conductor 13, a heating circuit 11 is provided in the control device 10, which in the present case comprises a controller 11C and a voltage supply unit 11V. In order to be able to detect a touch on the surface 2, a sensor circuit 12 evaluates a capacitive change detected via the functional conductor 13.
Die Steuerung 11 C der Heiz-Schaltung 11 und die Sensor-Schaltung 12 sind vorliegend auf einem gemeinsamen Mikrocontroller 15 vorgesehen, wobei diese auch auf separaten Mikrocontrollern oder allgemein getrennt voneinander vorgesehen sein können. The controller 11C of the heating circuit 11 and the sensor circuit 12 are presently provided on a common microcontroller 15, although these can also be provided on separate microcontrollers or generally separately from one another.
Weiter ist als Teil der Vorrichtung 1 bzw. als Teil der Steuervorrichtung 10 ein Netzteil 14 vorgesehen, welches jedoch alternativ nicht als Teil der Vorrichtung 1 oder der Steuervorrichtung 10 verstanden werden muss. Durch das Netzteil 14 wird die Sensor-Schaltung 12 und die Heiz-Schaltung 11 mit einer Netz- bzw. Betriebsspannung versorgt. A power pack 14 is also provided as part of the device 1 or as part of the control device 10 , which, however, does not have to be understood as part of the device 1 or the control device 10 . The sensor circuit 12 and the heating circuit 11 are supplied with a mains or operating voltage by the power pack 14 .
Der Funktionsleiter 13 ist in der Spannungsversorgungseinheit 11 V der Heiz- Schaltung 11 galvanisch von der Eingangsseite 11A der Spannungsversor- gungseinheit 11V bzw. von dem Netzteil 14 getrennt, sodass eine sich verändernde Heiz-Spannung zum Beheizen der Fläche 2 keinen Einfluss auf eine Messung durch die Sensor-Schaltung 12, also die Berührungserkennung hat. The functional conductor 13 is in the voltage supply unit 11 V of the heating circuit 11 galvanically from the input side 11A of the voltage supply 11V supply unit or separated from the power pack 14, so that a changing heating voltage for heating the surface 2 has no influence on a measurement by the sensor circuit 12, ie the touch detection.
Die Spannungsversorgungseinheit 11V kann durch verschiedene Schaltungen implementiert sein, wie sie beispielhaft in den Figuren 2a und 2b dargestellt sind. The voltage supply unit 11V can be implemented by various circuits, as shown by way of example in FIGS. 2a and 2b.
Dabei ist die Spannungsversorgungseinheit 11 V als Sperrwandler ausgeführt sein, wie es in Figur 2a dargestellt ist, oder beispielsweise als Fluss- bzw.The 11 V voltage supply unit is designed as a flyback converter, as shown in Figure 2a, or as a flux or
Durchflusswandler und im speziellen als Gegentaktflusswandler gemäß Figur 2b. Dabei weißt die Spannungsversorgungseinheit 11 V jeweils eine Eingangsseite 11A auf, welche mit dem Netzteil 14 verbunden ist, und eine davon über einen Transformator 11T galvanisch getrennte Ausgangsseite 11 B, welche mit dem Funktionsleiter 13 verbunden ist. Forward converter and in particular as a push-pull converter according to Figure 2b. The voltage supply unit 11V has an input side 11A, which is connected to the power supply unit 14, and an output side 11B, which is electrically isolated therefrom via a transformer 11T and is connected to the functional conductor 13.
Zur Steuerung der an dem Funktionsleiter 13 anliegenden Heiz-Spannung ist jeweils eingangsseitig ein als MOSFET ausgeführtes Schaltelement 11S vorgesehen, welches beispielsweise von der auf dem Mikrocontroller 15 implementierten Steuerung 11 C der Heiz-Schaltung 11 angesteuert wird. To control the heating voltage applied to the functional conductor 13 , a switching element 11S designed as a MOSFET is provided on the input side, which is controlled, for example, by the controller 11C of the heating circuit 11 implemented on the microcontroller 15 .
An der Ausgangsseite 11 B kann jeweils auf eine Diode 11 D verzichtet werden. Zur Verdeutlichung ist in Figur 2a eine durchgestrichene Diode 11 D dargestellt, welche entsprechend gerade nicht vorhanden ist. A diode 11D can be dispensed with in each case on the output side 11B. For clarification, a crossed-out diode 11D is shown in FIG. 2a, which is correspondingly not present.
Die zu beheizende Fläche 2, deren Berührung zugleich erfasst werden soll, und damit die Vorrichtung 1 kann in verschiedenen Anwendungen vorgesehen sein, wobei in Figur 3a beispielhaft ein Lenkrad als Lenkhandhabe 3 dargestellt ist, welches beheizt und dessen Berührung erfasst werden soll. The surface 2 to be heated, whose contact is to be detected at the same time, and thus the device 1 can be provided in various applications, with FIG. 3a showing a steering wheel as steering handle 3, which is heated and whose contact is to be detected.
Beispielsweise ist auch die Integration der Vorrichtung 1 in einen Sitz 4 möglich, dessen Sitzfläche 2 beheizt und eine Belegung des Sitzes durch Berührungserkennung der Sitzfläche 2 erfasst werden soll. For example, the integration of the device 1 in a seat 4 is also possible, the seat surface 2 of which is heated and an occupancy of the seat is to be detected by detecting the contact of the seat surface 2 .

Claims

Patentansprüche Vorrichtung (1) zum Beheizen einer Fläche (2) und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche (2), aufweisend eine Steuervorrichtung (10) sowie einen mit dieser verbundenen, elektrisch leitfähigen Funktionsleiter (13) als Heizdraht zur Beheizung der Fläche (2), welcher zugleich ein Sensorelement zur Erkennung einer Berührung der Fläche (2) ist, wobei die Steuervorrichtung (10) eine Heiz-Schaltung (11) zur Beheizung der Fläche (2) über den Funktionsleiter (13) sowie eine Sensor-Schaltung (12) zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche (2) über den Funktionsleiter (13) aufweist, welche jeweils elektrisch mit dem Funktionsleiter (13) verbunden sind, wobei die Heiz-Schaltung (11) eine versorgungsspannungsseitige Eingangsseite (11A) und eine davon galvanisch getrennte, mit dem Funktionsleiter (13) verbundene Ausgangsseite (11 B) zum Bereitstellen einer an dem Funktionsleiter (13) anliegenden Heiz-Spannung aufweist, wobei die Ausgangsseite (11 B) der Heiz-Schaltung (11 ) als Sekundärseite der galvanischen Trennung galvanisch von der Eingangsseite (11A) als Primärseite der galvanischen Trennung getrennt ist und der Funktionsleiter (13) galvanisch von einer Versorgungsspannung der Steuervorrichtung (10) getrennt sowie zeitgleich von der Heiz-Schaltung (11) mit der Heiz-Spannung versorgbar und eine Berührung der Fläche (2) über den Funktionsleiter (13) durch die Sensor- Schaltung (12) erfassbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Heiz-Schaltung (11) einen Sperrwandler und/oder Flusswandler und/oder eine Push-Pull-Schaltung zur Realisierung der galvanischen Trennung aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heiz-Schaltung (11) ausgebildet ist, den Funktionsleiter (13) durch Regelung der Leistung an der Primärseite anzusteuern. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heiz-Schaltung (11) an der Sekundärseite der galvanischen Trennung frei von einem Element zur Gleichrichtung, insbesondere frei von einer Diode (11 D) und weiter insbesondere frei von einer Sperrdiode ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heiz-Schaltung (11 ) an der Primärseite zumindest ein Schaltelement (11S) zur Ansteuerung des Funktionsleiters (13) aufweist, welches insbesondere als Transistor und weiter insbesondere als MOSFET ausgebildet ist. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Schaltelement (11 S) über einen Treiber-IC oder einen Mikrocontroller ansteuerbar ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heiz-Schaltung (11 ) zur galvanischen Trennung einen Transformator (11T) aufweist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Funktionsleiter (13) flächig und mäanderartig verlaufend angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensor-Schaltung (12) einen mit dem Funktionsleiter (13) verbundenen Eingang und Anschlüsse zur Spannungsversorgung der Sensor-Schaltung (12) aufweist und der Eingang von den Anschlüssen zur Spannungsversorgung galvanisch getrennt ist. Device (1) for heating a surface (2) and for the simultaneous detection of a touch on the surface (2), having a control device (10) and an electrically conductive functional conductor (13) connected thereto as a heating wire for heating the surface (2 ), which is at the same time a sensor element for detecting contact with the surface (2), the control device (10) having a heating circuit (11) for heating the surface (2) via the functional conductor (13) and a sensor circuit (12 ) for the simultaneous detection of a touch of the surface (2) via the functional lead (13), which are each electrically connected to the functional lead (13), the heating circuit (11) having a supply voltage-side input side (11A) and one of which is galvanically isolated , having the output side (11 B) connected to the functional conductor (13) for providing a heating voltage present on the functional conductor (13), the output side (11 B) of the heating circuit (11) being the secondary side of the galvanic isolation galvanically from the Input side (11A) is isolated as the primary side of the galvanic isolation and the functional conductor (13) is galvanically isolated from a supply voltage of the control device (10) and at the same time can be supplied with the heating voltage by the heating circuit (11) and touching the surface (2 ) can be detected by the sensor circuit (12) via the functional conductor (13). Device according to claim 1, wherein the heating circuit (11) has a flyback converter and / or forward converter and / or a push-pull circuit for realizing the electrical isolation. Device according to Claim 1 or 2, in which the heating circuit (11) is designed to activate the functional conductor (13) by regulating the power on the primary side. Device according to one of the preceding claims, wherein the heating circuit (11) on the secondary side of the galvanic isolation is free of a rectifying element, in particular free of a diode (11D) and further in particular free of a blocking diode. Device according to one of the preceding claims, wherein the heating circuit (11) on the primary side has at least one switching element (11S) for driving the functional conductor (13), which is designed in particular as a transistor and further in particular as a MOSFET. Device according to the preceding claim, in which the switching element (11 S) can be controlled via a driver IC or a microcontroller. Device according to one of the preceding claims, wherein the heating circuit (11) comprises a transformer (11T) for galvanic isolation. Device according to one of the preceding claims, in which the functional conductor (13) is arranged in a planar and meandering manner. Device according to one of the preceding claims, wherein the sensor circuit (12) has an input connected to the functional conductor (13) and terminals for the voltage supply of the sensor circuit (12) and the input is galvanically isolated from the terminals for the voltage supply.
10. Lenkhandhabe (3) eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche eine Greiffläche zum Greifen der Lenkhandhabe ist, sodass die Greiffläche beheizbar und eine Berührung der Greiffläche erfassbar ist. 11. Fahrzeugsitz (4) mit einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fläche eine Sitzfläche und/oder eine Lehnenfläche des Fahrzeugsitzes ist, sodass diese beheizbar sind/ist und eine Berührung erfassbar ist. 10. steering handle (3) of a vehicle with a device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the surface is a gripping surface for gripping the steering handle, so that the gripping surface can be heated and touching the gripping surface can be detected. 11. Vehicle seat (4) with a device (1) according to one of claims 1 to 9, wherein the surface is a seat surface and/or a backrest surface of the vehicle seat, so that these are/is heatable and a touch can be detected.
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