控制汽車門開啟的電容傳感器組件及相應操作方法
【專利摘要】一種用于感應汽車動作的傳感器組件，其中至少一個電容傳感器(2,3)以及一個與傳感器電極連接的控制分析儀(4)，所述控制分析儀能夠計算傳感器隨時間變化的電極電容值，所述控制分析儀根據時間變化情況發出確認信號。所述控制分析儀連接一個可控制的基本負荷標準組件(11,12)，通過該組件使所述電容基本負荷與傳感器電極(2,3)發出的測量電容負荷接通或斷開，從而測量到所述基本負荷與接通控制分析儀(4)測量負荷構成的總電容負荷。通過控制分析儀控制與測量總負荷有關的基本負荷組件(11,12)。
【專利說明】控制汽車門開啟的電容傳感器組件及相應操作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種安裝有傳感器電極的傳感器組件，傳感器電極能夠測量到其前方靠近的物體。
【背景技術】
[0002]上述類型的傳感器使用電容測量原理辨別接近物體或障礙。通過第二個電極形成一個外部電場。電介質進入到電場后，所述電極構成的電容器電容發生變化。
[0003]連接傳感器電極的控制分析儀線路測量到相對于標準電勢出現的傳感器電極電容變化，具有規定頻率的所述傳感器電極定期充電和放電，并至少對所述傳感器電極定期充電和放電的相關電流或電壓變化參數進行分析，從而檢測電容變化。
[0004]在物體接近或接觸時，所述傳感器電極和物體構成的電容器電容出現變化，所述傳感器電極也做出相應反應。主要原因是，電容器的電容與極板間距有關。一般情況下，物體離傳感器電極越近，電容升高的越快。
[0005]此種結構形式的所述傳感器組件在美國專利5，730，165和相關德國專利DE 19681 725 B4中已經有過介紹。傳感器電極定期充電和放電的相關電流或電壓變化參數是一個可通過電容器測量的電壓，該電壓與電容器上積累的電荷有關，在所述傳感器電極定期與工作電壓連接時充電積累電荷，然后與電容器連接時放電。專利EP I 339 025 BI中還介紹了另一種結構形式的專利。
[0006]電容傳感器的電容變化也可認為是傳感器電極電容充電和放電時間的變化。例如傳感器根據電荷轉移原理工作。根據所述電子轉移原理工作的分析電子元件至少需要一個定期充電的標準電容器，用于確定充電時間并用于分析靠近或接觸物體的標準時間間隔。分析標準電容器充電時間的變化情況，并在物體接近傳感器電極時進行調整。
[0007]所述傳感器組件還可安裝并連接其他部件，例如，安裝一個其他的電勢控制電極。為了減少干擾并提高傳感器的靈敏度可以給所述傳感器組件安裝一個作為屏蔽的附加電極作為電容接近傳感器。所述電容傳感器在W099/48730或DE 40 36 465中描述為汽車窗戶升降器的夾緊保護裝置。此種電容傳感器上有三層電極結構并作為密封裝置部件安裝在線狀基層材料中，相關專利有DE 10 2006 053 572 B3。
[0008]所述傳感器組件安裝有一個傳感器電極以及所述傳感器電極后面有一定間距的接地隱蔽電極以及一個位于傳感器電極和隱蔽電極之間的屏蔽電極，通過控制分析儀電路與傳感器電極連接，這樣它的電勢才會接近傳感器電極電勢，在已知公開專利EP O 518836 Al1US 6, 825, 752 B2, DE 101 31 243 Cl 和 DE 10 2006 044 778 Al 中做過介紹。
[0009]使用此種結構形式的傳感器電極能夠操作汽車門或蓋板，例如汽車后備箱蓋板。而且還可以使用所述傳感器電極辨別接近的物體，例如，腿在后保險杠下方晃動操縱汽車控制器打開和關閉后備箱蓋板。
[0010]上述已知設備的問題在于帶有不同電容載荷的傳感器電極置于前端位置。環境條件的變化，例如鹽結晶，污染，潮濕或蒸汽對會影響到測量準確性。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于提供一種可靠的傳感器技術，減少操作和測量錯誤的情況。
[0012]根據本發明，通過一種具有權利要求1特性的傳感器組件以及權利要求7中介紹的方法解決這個問題。
[0013]符合本發明結構的動作感應汽車傳感器組件中至少連接一個電容傳感器電極以及一個帶有傳感器電極的控制分析儀。該裝置測量隨時間變化的傳感器電極電容，控制分析儀會發出相關的時間操作信號。
[0014]建議采用該方法，即通過控制分析儀根據接通或斷開與電容值有關的電容基本負荷。通過所述控制分析儀連接可控制的基本負荷組件，控制該組件使基本電容負荷接通傳感器電極形成的電容測量負荷。測量接通的(恒定)基本負荷與所述控制分析儀中的(操作相關的)測量負荷形成的總電容負荷。
[0015]控制分析儀給電極組件設定基本負荷，即可測量電容。達到設定的基本負荷時，所述控制分析儀會接通電容負荷，因此所述控制分析儀可測量傳感器電極的電容以及接通的電容負荷。同時所述傳感器電極接通電容。所述控制分析儀根據測量的總負荷控制基本負荷組件。
[0016]根據環境影響電容基本負荷會發生變化，例如安裝有傳感器電極的保險杠中出現鹽結晶時，斷開接通的基本負荷，使總電容再次回到電極綜合分析范圍內。
[0017]清除鹽結晶，總電容負荷再次出現變化，可隨時測量，電容基本負荷在接通或連接電容時可再次回到設定范圍。
[0018]本發明的優點在于，基本負荷組件有不同的接通電容基本負荷，通過控制接通改變基本負荷。
[0019]主要使用電容器以及電容器組件作為電容基本負荷，可以逐步改變基本負荷。還可設定多個基本負荷等級并接通。
[0020]以簡單的方法通過一個開關元件接通，控制分析儀可控制開關元件而不測量電容量。
[0021]一般來說，電容基本負荷會隨時間變化，該過程比傳感器測量過程的時間長。基本負荷電容的接通或斷開可通過每分鐘測量的電容值來確定。
[0022]主要是傳感器部件可隨時在測量電容的設定范圍內工作，且識別精度更高。
[0023]本發明的主要優點在于，電容器可作為基本負荷，在組合接通時可設定更廣的基本負荷范圍。例如可使用電容比為2:4:8:18(勢能2)的電容器，通過組合線路使基本負荷與翻倍的電容基本值匹配(例如 2，4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30)
[0024]如上所述，根據信號或測量電容增加量接通基本負荷。在基本設定中(一般條件下的汽車以及供貨狀態下的一般狀態)可接通14倍基本電容量。有足夠可以提高和減少基本負荷的調節量。
[0025]本發明中的傳感器電極可以是任意結構形式，例如，延長導線，同軸導體或扁電極。此外電極可以是多個部分構成的。傳感器電極均由導電材料構成。
[0026]本發明的電容傳感器組件包括一個沿著第一個并列線延伸的第一個傳感器電極，通過該所述傳感器電極測量接近傳感器電極的物體。并列線是笛卡爾協調系統直線，在空間中可以轉彎。
[0027]傳感器電極有一層電絕緣外皮。它能夠保護絕緣體不受到環境影響以及不與其他導電部件接觸。
[0028]接通的所述控制分析儀線路能夠測量到相對于標準電勢變化的傳感器電極容量，第一個具有規定頻率的傳感器電極會定期放電和充電，且至少分析第一個所述傳感器電極定期充電和放電的電流或電壓變化參數，從而測量電容的變化。定期充電和放電的過程是這樣的，具有固定頻率的傳感器電極定期反復連接電勢，例如，工作電壓電勢。電壓的變化可以是傳感器電極接口處的電壓變化。該參數是電容器中累計電荷時測量的一個電壓，或者是經過反復幾次的充電和放電至超過開關閥時第一個傳感器電極所測量的一個電壓。在用戶做出一個固定動作時，例如在保險杠下方踢一腳，形成一次開關過程。傳感器電極會辨別是否針對這個動作發出一個時間信號，例如在用戶小腿接近時，測量用戶小腿，并形成一個升高的信號值。
[0029]本發明接通的基本負荷作為電容補償。電容變化范圍很小也能夠做出反應，相對于其他專利中的產品基本負荷或電容補償是可調節的。
[0030]本發明的方法是用傳感器組件辨別動作操作汽車，至少使用一個電容傳感器電極以及一個與傳感器電極連接的控制分析儀。所述控制分析儀能夠測量傳感器電極隨時間變化的電容值，而且控制分析儀會根據時間推移發出操作信號。
[0031]根據本發明方法，需要使用連接傳感器電極的控制分析儀定期測量電容總負荷。測量的電容總負荷與控制分析儀中設定的符合值進行對比。
[0032]根據對比結果，總負荷是大于或小于設定值，從而使電容基本負荷與傳感器電極形成的電容測量負荷連接或斷開，測量作為總電容的(恒定)基本負荷與控制分析儀的(變化的操作顯示)測量負荷。根據測量的總負荷選擇基本負荷，從而使總負荷與設定的負荷值接近。
[0033]本發明結構形式的優點在如下從屬權利要求中做了進一步的闡述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]根據附圖能夠更詳細的了解本發明
[0035]圖1中顯示的本發明汽車傳感器組件的結構形式；
[0036]圖2顯示的是圖1的俯視圖；
[0037]圖3顯示的是本發明傳感器組件的方框圖；
【具體實施方式】
[0038]圖1中顯示的是汽車I的尾部，在尾部保險杠的范圍內安裝一個傳感器電極組件
2。在所述傳感器電極組件2的下方是另一個在水平和垂直方向偏移的傳感器電極組件3。所述傳感器電極組件2和3連接著一個控制分析儀4。它安裝在電極2和3附近。所述分析儀4與一個中央汽車控制器5連接(見圖2)。所述中央控制器5從控制分析儀4中獲得汽車后備箱蓋板開啟的信號，同時所述分析儀4還能分析電極信號。所述電極組件2，3通過控制分析儀4充電，并在物體接近時分析電荷并測量電容變化，例如操作者身體部位。
[0039]通過第一個電容傳感器電極2以及第二個電容傳感器電極3測量每個電極2，3和行使車道之間的每個電容。所述電容發生了變化，例如電極2，3和運行車道之間進入了一個物體，控制分析儀4檢測出每個所述電極2，3的電容變化，分析儀連接兩個所述電極2，3。
[0040]兩個所述電極2，3有一定的距離，可以分析動作，例如汽車尾部保險杠和行駛車道之間的腳動作。簡單的做一個腳踢動作，平行安裝的電極2，3就能打開或閉合后備箱蓋板，而無需駕駛員進行復雜的操作。
[0041 ] 由于兩個電極2，3平行安裝，兩個所述電極2，3構成了一個電容傳感器組，通過兩個不同方向的動作區分操作過程。第一個動作(朝里動作)在汽車尾部保險杠下方踢腳，第二個動作(抽回動作)操作者的腳收回。本發明裝置4通過所述電容傳感器電極2，3識別該動作，從而第一個電容傳感器2以及第二個電容傳感器電極3做出反應，使汽車電鍵或每個無線對接的無線芯片做出反應，通過一根天線傳遞信號，尤其是汽車尾部范圍內能夠發射無線信號的天線。電鍵在天線接收范圍內，會發出它的無線信號，該信號會被汽車接收。從而打開汽車后備箱蓋板。
[0042]此種電容傳感器的原理在汽車技術行業也已被大家所了解。電極2，3以及控制分析儀4的連接能夠自行測量和分析信號并發出開啟信號。
[0043]圖3所示的是本發明控制分析儀4具有的特點。控制分析儀4中含有一個微型控制器10和兩個與微型控制器連接的電容器組件11和12。所述電容器組件11和12上分別有接通的電容并能夠連接到導線13和14上。所述導線13和14與微型控制器10的輸入端連接。圖中所示的外電極2通過所述導線14與所述微型控制器10的輸入端連接，同時通過所述電容器組件12與可預選的電極連接。傳感器電極3通過導線13與微型控制器10的輸入端連接，同時還可預選傳感器組件11中的附加電容。所述微型控制器10可測量輸入端上的電容。電容器組件可控制，根據所述導線13和14上測量的電容，通過控制微型控制器10實現電容器的接通或斷開。所述電容器組件11和12中包含多個可以單個接通或整體接通的電容器。
[0044]圖3所示，電極2和3中相對于接地電極20產生了電容。該電極安裝可通過汽車底板，接近的用戶或者不同接地部件在測量范圍內混合時都能產生電容。所述測量電極2和電極20之間形成的電容和電容器組件12設定電容相關的基本負荷。所述測量電極20和電極3之間的電容量及組件11的電容量。
[0045]電極2和3所處環境的電介質發生變化，主要是所述電極2和3及對應電極20范圍內，基本電容也會發生變化。例如在電極和測量范圍之間的車體部件變臟或者包裹著鹽結晶，所述電極2和3會產生另外一種與汽車干燥和干凈狀態下不同的基本電容。微型控制器10記錄重復時間間隔的電容并進行設定，也就是說，電容器連接設備11和12上，較長時間內的電容平均值在所需的范圍內。例如所述電極2和電極20之間的電容在環境影響下會升高，從而使設備12的接通電容減少。在分析操作動作時測量短時間內的信號以及電容變化，不會對設備11和12預選電容值造成影響。相反，電容還能與較長一段時間內的平均值匹配，例如幾分鐘。本發明的設備還能實現固定電容范圍內信號測量和分析及微調。通過接通的基本電容及負荷可以隨時測量規定范圍內的基本電容。該組件的靈敏度因此大大提高了，并滿足能夠測量較大電容范圍的要求。
[0046]如果已經確認動作分析信號，控制器10通過輸出端25給汽車中央控制器5發出一個開啟信號。
[0047]本發明框架內的多個電容器可作為基本負荷接通，僅有一個電容器可接通一個或兩個電極。
【權利要求】
1.用于感應汽車動作的傳感器組件，其中至少一個電容傳感器(2，3)以及一個與傳感器電極連接的控制分析儀(4)，所述控制分析儀能夠計算傳感器隨時間變化的電極電容值，所述控制分析儀根據時間變化情況發出確認信號；其特征在于， 所述控制分析儀連接一個可控制的基本負荷標準組件(11，12)，通過控制該組件使所述基本電容負荷與傳感器電極(2，3)發出的電容測量負荷連接或斷開，從而能夠測量到所述基本負荷與接通控制分析儀(4)測量負荷構成的總電容負荷； 通過控制分析儀控制與測量總負荷有關的基本負荷組件(11，12)。
2.根據權利要求1所述的傳感器組件,其中基本負荷組件能夠產生不同的接通式電容基本負荷，通過控制可接通變化的基本負荷。
3.根據權利要求1或2所述的傳感器組件，其中安裝有多個傳感器電極(2，3)，所述多個傳感器電極連接到一個基本負荷組件(11，12)。
4.根據權利要求3所述的傳感器組件，其中每個傳感器組件分別有一個各自的基本負荷組件(11，12)，同時所述控制分析儀對各個基本負荷組件實現分別控制。
5.根據前述權利要求中任一項所述的傳感器組件，所述控制分析儀能夠計算在不同時間下測量的總負荷平均值，控制基本負荷組件或選擇不同時間基本負荷的平均值。
6.根據前述權利要求中任一項所述的傳感器組件，其中基本電容負荷同時出現在傳感器電極和控制分析儀和接地之間。
7.操作傳感器檢測汽車感應動作的方法，至少通過一個電容傳感器電極(2，3)以及一個與傳感器電極連接的控制分析儀(4)測量隨時間變化的傳感器電極的電容值，同時控制分析儀還會發出確認信號， 步驟包括: 通過一個與所述傳感器電極連接的控制分析儀測量得到一個總電容負荷； 測量得到的總電容負荷與控制分析儀中的負荷設定值對比； 電容基本負荷與傳感器組件(2，3)的電容測量負荷接通，接通的基本負荷與控制分析儀(4)中的電容測量值構成總電容負荷； 根據測量的總電容負荷選擇基本負荷，使總負荷與設定的設定負荷值接近。
【文檔編號】H03K17/955GK104137419SQ201380010709
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2012年3月21日
【發明者】貝特霍爾德·西格 申請人:胡夫·許爾斯貝克和福斯特有限及兩合公司