CN104137419A - 控制汽车门开启的电容传感器组件及相应操作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于感应汽车动作的传感器组件，其中至少一个电容传感器(2,3)以及一个与传感器电极连接的控制分析仪(4)，所述控制分析仪能够计算传感器随时间变化的电极电容值，所述控制分析仪根据时间变化情况发出确认信号。所述控制分析仪连接一个可控制的基本负荷标准组件(11,12)，通过该组件使所述电容基本负荷与传感器电极(2,3)发出的测量电容负荷接通或断开，从而测量到所述基本负荷与接通控制分析仪(4)测量负荷构成的总电容负荷。通过控制分析仪控制与测量总负荷有关的基本负荷组件(11,12)。

Description

控制汽车门开启的电容传感器组件及相应操作方法

技术领域

本发明涉及一种安装有传感器电极的传感器组件，传感器电极能够测量到其前方靠近的物体。

背景技术

上述类型的传感器使用电容测量原理辨别接近物体或障碍。通过第二个电极形成一个外部电场。电介质进入到电场后，所述电极构成的电容器电容发生变化。

连接传感器电极的控制分析仪线路测量到相对于标准电势出现的传感器电极电容变化，具有规定频率的所述传感器电极定期充电和放电，并至少对所述传感器电极定期充电和放电的相关电流或电压变化参数进行分析，从而检测电容变化。

在物体接近或接触时，所述传感器电极和物体构成的电容器电容出现变化，所述传感器电极也做出相应反应。主要原因是，电容器的电容与极板间距有关。一般情况下，物体离传感器电极越近，电容升高的越快。

此种结构形式的所述传感器组件在美国专利5,730,165和相关德国专利DE196 81 725 B4中已经有过介绍。传感器电极定期充电和放电的相关电流或电压变化参数是一个可通过电容器测量的电压，该电压与电容器上积累的电荷有关，在所述传感器电极定期与工作电压连接时充电积累电荷，然后与电容器连接时放电。专利EP 1 339 025 B1中还介绍了另一种结构形式的专利。

电容传感器的电容变化也可认为是传感器电极电容充电和放电时间的变化。例如传感器根据电荷转移原理工作。根据所述电子转移原理工作的分析电子元件至少需要一个定期充电的标准电容器，用于确定充电时间并用于分析靠近或接触物体的标准时间间隔。分析标准电容器充电时间的变化情况，并在物体接近传感器电极时进行调整。

所述传感器组件还可安装并连接其他部件，例如，安装一个其他的电势控制电极。为了减少干扰并提高传感器的灵敏度可以给所述传感器组件安装一个作为屏蔽的附加电极作为电容接近传感器。所述电容传感器在WO99/48730或DE 40 36 465中描述为汽车窗户升降器的夹紧保护装置。此种电容传感器上有三层电极结构并作为密封装置部件安装在线状基层材料中，相关专利有DE 102006 053 572 B3。

所述传感器组件安装有一个传感器电极以及所述传感器电极后面有一定间距的接地隐蔽电极以及一个位于传感器电极和隐蔽电极之间的屏蔽电极，通过控制分析仪电路与传感器电极连接，这样它的电势才会接近传感器电极电势，在已知公开专利EP 0 518 836 A1,US 6,825,752 B2,DE 101 31 243 C1和DE10 2006 044 778 A1中做过介绍。

使用此种结构形式的传感器电极能够操作汽车门或盖板，例如汽车后备箱盖板。而且还可以使用所述传感器电极辨别接近的物体，例如，腿在后保险杠下方晃动操纵汽车控制器打开和关闭后备箱盖板。

上述已知设备的问题在于带有不同电容载荷的传感器电极置于前端位置。环境条件的变化，例如盐结晶，污染，潮湿或蒸汽对会影响到测量准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠的传感器技术，减少操作和测量错误的情况。

根据本发明，通过一种具有权利要求1特性的传感器组件以及权利要求7中介绍的方法解决这个问题。

符合本发明结构的动作感应汽车传感器组件中至少连接一个电容传感器电极以及一个带有传感器电极的控制分析仪。该装置测量随时间变化的传感器电极电容，控制分析仪会发出相关的时间操作信号。

建议采用该方法，即通过控制分析仪根据接通或断开与电容值有关的电容基本负荷。通过所述控制分析仪连接可控制的基本负荷组件，控制该组件使基本电容负荷接通传感器电极形成的电容测量负荷。测量接通的(恒定)基本负荷与所述控制分析仪中的(操作相关的)测量负荷形成的总电容负荷。

控制分析仪给电极组件设定基本负荷，即可测量电容。达到设定的基本负荷时，所述控制分析仪会接通电容负荷，因此所述控制分析仪可测量传感器电极的电容以及接通的电容负荷。同时所述传感器电极接通电容。所述控制分析仪根据测量的总负荷控制基本负荷组件。

根据环境影响电容基本负荷会发生变化，例如安装有传感器电极的保险杠中出现盐结晶时，断开接通的基本负荷，使总电容再次回到电极综合分析范围内。

清除盐结晶，总电容负荷再次出现变化，可随时测量，电容基本负荷在接通或连接电容时可再次回到设定范围。

本发明的优点在于，基本负荷组件有不同的接通电容基本负荷，通过控制接通改变基本负荷。

主要使用电容器以及电容器组件作为电容基本负荷，可以逐步改变基本负荷。还可设定多个基本负荷等级并接通。

以简单的方法通过一个开关元件接通，控制分析仪可控制开关元件而不测量电容量。

一般来说，电容基本负荷会随时间变化，该过程比传感器测量过程的时间长。基本负荷电容的接通或断开可通过每分钟测量的电容值来确定。

主要是传感器部件可随时在测量电容的设定范围内工作，且识别精度更高。

本发明的主要优点在于，电容器可作为基本负荷，在组合接通时可设定更广的基本负荷范围。例如可使用电容比为2:4:8：18(势能2)的电容器，通过组合线路使基本负荷与翻倍的电容基本值匹配(例如2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30)

如上所述，根据信号或测量电容增加量接通基本负荷。在基本设定中(一般条件下的汽车以及供货状态下的一般状态)可接通14倍基本电容量。有足够可以提高和减少基本负荷的调节量。

本发明中的传感器电极可以是任意结构形式，例如，延长导线，同轴导体或扁电极。此外电极可以是多个部分构成的。传感器电极均由导电材料构成。

本发明的电容传感器组件包括一个沿着第一个并列线延伸的第一个传感器电极，通过该所述传感器电极测量接近传感器电极的物体。并列线是笛卡尔协调系统直线，在空间中可以转弯。

传感器电极有一层电绝缘外皮。它能够保护绝缘体不受到环境影响以及不与其他导电部件接触。

接通的所述控制分析仪线路能够测量到相对于标准电势变化的传感器电极容量，第一个具有规定频率的传感器电极会定期放电和充电，且至少分析第一个所述传感器电极定期充电和放电的电流或电压变化参数，从而测量电容的变化。定期充电和放电的过程是这样的，具有固定频率的传感器电极定期反复连接电势，例如，工作电压电势。电压的变化可以是传感器电极接口处的电压变化。该参数是电容器中累计电荷时测量的一个电压，或者是经过反复几次的充电和放电至超过开关阀时第一个传感器电极所测量的一个电压。在用户做出一个固定动作时，例如在保险杠下方踢一脚，形成一次开关过程。传感器电极会辨别是否针对这个动作发出一个时间信号，例如在用户小腿接近时，测量用户小腿，并形成一个升高的信号值。

本发明接通的基本负荷作为电容补偿。电容变化范围很小也能够做出反应，相对于其他专利中的产品基本负荷或电容补偿是可调节的。

本发明的方法是用传感器组件辨别动作操作汽车，至少使用一个电容传感器电极以及一个与传感器电极连接的控制分析仪。所述控制分析仪能够测量传感器电极随时间变化的电容值，而且控制分析仪会根据时间推移发出操作信号。

根据本发明方法，需要使用连接传感器电极的控制分析仪定期测量电容总负荷。测量的电容总负荷与控制分析仪中设定的符合值进行对比。

根据对比结果，总负荷是大于或小于设定值，从而使电容基本负荷与传感器电极形成的电容测量负荷连接或断开，测量作为总电容的(恒定)基本负荷与控制分析仪的(变化的操作显示)测量负荷。根据测量的总负荷选择基本负荷，从而使总负荷与设定的负荷值接近。

本发明结构形式的优点在如下从属权利要求中做了进一步的阐述。

附图说明

根据附图能够更详细的了解本发明

图1中显示的本发明汽车传感器组件的结构形式；

图2显示的是图1的俯视图；

图3显示的是本发明传感器组件的方框图；

具体实施方式

图1中显示的是汽车1的尾部，在尾部保险杠的范围内安装一个传感器电极组件2。在所述传感器电极组件2的下方是另一个在水平和垂直方向偏移的传感器电极组件3。所述传感器电极组件2和3连接着一个控制分析仪4。它安装在电极2和3附近。所述分析仪4与一个中央汽车控制器5连接(见图2)。所述中央控制器5从控制分析仪4中获得汽车后备箱盖板开启的信号，同时所述分析仪4还能分析电极信号。所述电极组件2,3通过控制分析仪4充电，并在物体接近时分析电荷并测量电容变化，例如操作者身体部位。

通过第一个电容传感器电极2以及第二个电容传感器电极3测量每个电极2,3和行使车道之间的每个电容。所述电容发生了变化，例如电极2,3和运行车道之间进入了一个物体，控制分析仪4检测出每个所述电极2,3的电容变化，分析仪连接两个所述电极2,3。

两个所述电极2,3有一定的距离，可以分析动作，例如汽车尾部保险杠和行驶车道之间的脚动作。简单的做一个脚踢动作，平行安装的电极2,3就能打开或闭合后备箱盖板，而无需驾驶员进行复杂的操作。

由于两个电极2,3平行安装，两个所述电极2,3构成了一个电容传感器组，通过两个不同方向的动作区分操作过程。第一个动作(朝里动作)在汽车尾部保险杠下方踢脚，第二个动作(抽回动作)操作者的脚收回。本发明装置4通过所述电容传感器电极2,3识别该动作，从而第一个电容传感器2以及第二个电容传感器电极3做出反应，使汽车电键或每个无线对接的无线芯片做出反应，通过一根天线传递信号，尤其是汽车尾部范围内能够发射无线信号的天线。电键在天线接收范围内，会发出它的无线信号，该信号会被汽车接收。从而打开汽车后备箱盖板。

此种电容传感器的原理在汽车技术行业也已被大家所了解。电极2,3以及控制分析仪4的连接能够自行测量和分析信号并发出开启信号。

图3所示的是本发明控制分析仪4具有的特点。控制分析仪4中含有一个微型控制器10和两个与微型控制器连接的电容器组件11和12。所述电容器组件11和12上分别有接通的电容并能够连接到导线13和14上。所述导线13和14与微型控制器10的输入端连接。图中所示的外电极2通过所述导线14与所述微型控制器10的输入端连接，同时通过所述电容器组件12与可预选的电极连接。传感器电极3通过导线13与微型控制器10的输入端连接，同时还可预选传感器组件11中的附加电容。所述微型控制器10可测量输入端上的电容。电容器组件可控制，根据所述导线13和14上测量的电容，通过控制微型控制器10实现电容器的接通或断开。所述电容器组件11和12中包含多个可以单个接通或整体接通的电容器。

图3所示，电极2和3中相对于接地电极20产生了电容。该电极安装可通过汽车底板，接近的用户或者不同接地部件在测量范围内混合时都能产生电容。所述测量电极2和电极20之间形成的电容和电容器组件12设定电容相关的基本负荷。所述测量电极20和电极3之间的电容量及组件11的电容量。

电极2和3所处环境的电介质发生变化，主要是所述电极2和3及对应电极20范围内，基本电容也会发生变化。例如在电极和测量范围之间的车体部件变脏或者包裹着盐结晶，所述电极2和3会产生另外一种与汽车干燥和干净状态下不同的基本电容。微型控制器10记录重复时间间隔的电容并进行设定，也就是说，电容器连接设备11和12上，较长时间内的电容平均值在所需的范围内。例如所述电极2和电极20之间的电容在环境影响下会升高，从而使设备12的接通电容减少。在分析操作动作时测量短时间内的信号以及电容变化，不会对设备11和12预选电容值造成影响。相反，电容还能与较长一段时间内的平均值匹配，例如几分钟。本发明的设备还能实现固定电容范围内信号测量和分析及微调。通过接通的基本电容及负荷可以随时测量规定范围内的基本电容。该组件的灵敏度因此大大提高了，并满足能够测量较大电容范围的要求。

如果已经确认动作分析信号，控制器10通过输出端25给汽车中央控制器5发出一个开启信号。

本发明框架内的多个电容器可作为基本负荷接通，仅有一个电容器可接通一个或两个电极。

Claims (7)

1.用于感应汽车动作的传感器组件，其中至少一个电容传感器(2,3)以及一个与传感器电极连接的控制分析仪(4)，所述控制分析仪能够计算传感器随时间变化的电极电容值，所述控制分析仪根据时间变化情况发出确认信号；其特征在于，

所述控制分析仪连接一个可控制的基本负荷标准组件(11,12)，通过控制该组件使所述基本电容负荷与传感器电极(2,3)发出的电容测量负荷连接或断开，从而能够测量到所述基本负荷与接通控制分析仪(4)测量负荷构成的总电容负荷；

通过控制分析仪控制与测量总负荷有关的基本负荷组件(11,12)。

2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中基本负荷组件能够产生不同的接通式电容基本负荷，通过控制可接通变化的基本负荷。

3.根据权利要求1或2所述的传感器组件，其中安装有多个传感器电极(2,3)，所述多个传感器电极连接到一个基本负荷组件(11,12)。

4.根据权利要求3所述的传感器组件，其中每个传感器组件分别有一个各自的基本负荷组件(11,12)，同时所述控制分析仪对各个基本负荷组件实现分别控制。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件，所述控制分析仪能够计算在不同时间下测量的总负荷平均值，控制基本负荷组件或选择不同时间基本负荷的平均值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件，其中基本电容负荷同时出现在传感器电极和控制分析仪和接地之间。

7.操作传感器检测汽车感应动作的方法，至少通过一个电容传感器电极(2,3)以及一个与传感器电极连接的控制分析仪(4)测量随时间变化的传感器电极的电容值，同时控制分析仪还会发出确认信号，

步骤包括：

通过一个与所述传感器电极连接的控制分析仪测量得到一个总电容负荷；

测量得到的总电容负荷与控制分析仪中的负荷设定值对比；

电容基本负荷与传感器组件(2,3)的电容测量负荷接通，接通的基本负荷与控制分析仪(4)中的电容测量值构成总电容负荷；

根据测量的总电容负荷选择基本负荷，使总负荷与设定的设定负荷值接近。