CN105911596A - 机动车辆的电容式接近传感器、防碰撞装置及机动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机动车辆的电容式接近传感器、防碰撞装置及机动车辆。所述用于机动车辆的电容式接近传感器包括用于产生测量场(25)的发射电极(20)以及用于检测至少一部分测量场(25)的接收电极(21)。此外，接近传感器(12)还包括屏蔽电极(32)，其为了形成测量场(25)而布置在发射电极(20)和接收电极(21)之间。接近传感器(12)尤其是设置用于使用在用于车辆(1)的防碰撞装置(10)中。

Description

机动车辆的电容式接近传感器、防碰撞装置及机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的电容式接近传感器，尤其是设置该电容式接近传感器用于借助两个彼此分开的传感器电极来探测物体的靠近。此外，本发明还涉及一种带有这种接近传感器的用于机动车辆的防碰撞装置。此外，本发明还涉及一种带有这种接近传感器的机动车辆。
背景技术
在现代机动车辆中，尤其在私家车中，通常使用电容式接近传感器，以便在防碰撞装置的框架内例如监控对电动驱动的车辆部件的调整。在此，前置于车辆部件的调节路径区域借助电容式传感器来监控障碍物的存在。这种电容式传感器在此优选根据所谓的发射-接收原理运行。在此，通过第一传感器电极(下文：发射电极)输出交变电场形式的测量信号，又借助第二传感器电极(下文：接收电极)接收该测量信号。发射电极和接收电极因此形成传感器电容器，其带有能借助测量信号获知的传感器电容。在交变电场内的障碍物在此会导致所检测到的传感器电容的非正常的变化，配属于防碰撞装置的控制单元由于该变化而停止对车辆部件的调整并在必要时倒转(也就是说调整方向反转)。
在替选的实施方案中，电容式接近传感器在机动车辆中也用于非接触式地识别车辆用户的开门意愿。在此，电容式接近传感器大多(同样根据发射-接收原理构造并且)设置用于非接触式地探测靠近车辆的事件，尤其是靠近相应的接近传感器的事件。在此获知的测量信号紧接着在开门装置的框架内与所储存的参考信号相比较。在测量信号和参考信号充分一致的情况下推断出车辆用户的开门意愿并在必要时在检查车辆用户的进入资格之后触发对相应车门的，大多是对尾盖的调整。
在两种情况下，电容式接近传感器大多以相对于车辆外壳很小的间距布置在机动车辆上。在防碰撞装置的框架内，传感器在此经常布置在车门上，尤其是以隐蔽在门衬里之后的方式布置在尾盖上。在日常使用机动车辆时通常发生的是，湿气例如雨水滴落在车辆外壳上并且在此也布置在电容式接近传感器的交变电场的区域中。湿气在此会导致交变电场受到影响，湿气被配属于传感器的评估单元以错误的方式(尤其是因为人体大部分也由水构成)判断为是有人靠近传感器并因此导致相应功能的错误触发(停止进行中的调整或输出开门指令)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在同样简单的结构下实现电容式接近传感器的一种尽可能避免故障的运行。
根据本发明，该技术问题通过一种带有权利要求1的特征的电容式接近传感器解决。此外，根据本发明，该技术问题还通过一种带有权利要求6特征的防碰撞装置解决。此外，该技术问题根据本发明还通过一种带有权利要求7的特征的机动车辆解决。本发明的有利的以及部分有创造性的实施形式和扩展设计方案在从属权利要求中和接下来的描述中加以陈述。
根据本发明的用于机动车辆的电容式(接近)传感器包括被称为发射电极的、用于产生测量场的传感器电极以及另一个被称为接收电极的、用于检测至少一部分测量场的传感器电极。此外，电容式传感器包括屏蔽电极，其(在空间上)布置在发射电极和接收电极之间并安装和设置用于(有针对性地)形成(在发射电极和接收电极之间形成的)测量场。
“在空间上布置在发射电极和接收电极之间”在此以及在下文中尤其意味着，屏蔽电极精确地布置在由发射电极和接收电极撑开的(以及由这两个电极在两侧限界出的)传感器平面上或至少以相对于屏蔽电极的宽度(或厚度)而言很小的间距(例如直至双倍的宽度或厚度)与该传感器平面间隔开地布置。此外，屏蔽电极在此相对于发射电极的间距比相对于接收电极的间距更小地布置。
通过将屏蔽电极布置在发射电极和接收电极之间而有利地实现的是，由发射电极产生的测量场的一部分已经由屏蔽电极吸收并因此不被接收电极感知到。换句话说，测量场的在缺少屏蔽电极时相对于传感器平面以很小的间距延伸的场线(也就是说带有伸展的且略弯曲的走向的场线)从发射电极出发却没有延伸至接收电极，而是在屏蔽电极处就已经终止了。由此降低了传感器在直接处在发射电极和接收电极之间的区域内的敏感性。在简化的(图像化的)图示中，测量场的近似棱柱形的区域(沿平行于传感器平面的视向观察)被“隐没”。由此可以以简单的方式，尤其是在电容式传感器相对于车辆的外表面以很小的间距布置的情况下降低了传感器在这个外表面的区域中的敏感性并因此提高了稳定性以防止基于车辆表面上的液体或污物而引发错误。尤其能够实现的是，粘附在车辆外表面上的湿气对借助接收电极检测的测量场(尤其是对测量场的未由屏蔽电极吸收的部分)没有或仅有可忽略的很小的影响。
在优选的实施方案中，屏蔽电极尤其是固定地(也就是说不可改变地)与参考电位，优选与地电位互联。
在本发明的特别优选的实施方案中，发射电极和/或接收电极借助经屏蔽的连接线路与配属于传感器的评估单元连接。这种经屏蔽的连接线路例如是同轴电缆，或用屏蔽导体包围的扁平导体。在这种情况下，(布置在发射和接收电极之间的)屏蔽电极适宜地由这种经屏蔽的连接线路的线路屏蔽件形成。经屏蔽的连接线路在此在发射电极和接收电极之间(例如平行于两者地)从发射电极的(或接收电极的)背离评估单元的端部出发地直至评估单元地延伸。由此能够实现传感器的一种特别简单的结构，尤其是因为经屏蔽的连接线路的线路屏蔽件始终接到参考电位上以及并因此取消了用于单独的屏蔽电极的附加的(接地)接头和材料耗费。
在本发明的范围内原则上也可以想到的是，尤其是根据测量场的按照意愿的形状和传感器的敏感性的不同，从发射电极和接收电极将各一个经屏蔽的连接电缆引回到两个传感器电极之间，从而存在两个屏蔽电极。
在优选的实施方案中，发射电极和接收电极分别实施成细长的传感器电极(例如实施成扁平导体和/或圆导体)。因此，“细长的”在此以及在下文中意味着，各传感器电极的长度比其宽度大好多倍(或者在圆导体的情况下比其直径大好多倍)。
在另一种适宜的实施方案中，电容式传感器包括基础载体，在基础载体上尤其是借助布置在基础载体上的保持元件保持有发射电极、接收电极和屏蔽电极。保持元件在此在预先给出的位置上优选一体式地与基础载体连接，从而电极分别以固定地预先给出的间距相对彼此地保持。因此，通过基础载体和保持在其上的电极形成安装单元，该安装单元安装和设置用于作为独立的(预安装的)结构组件固定在机动车辆上。然而，替选于保持元件地，在本发明的范围内也可以想到其他的用于将发射电极、接收电极和屏蔽电极紧固在基础载体上的方式，例如粘接连接、(超声波)焊接连接、铆接连接或类似连接。
电容式传感器优选安装和设置用于以相对于机动车辆的外表面很小的间距固定，例如作为在(尾部)保险杠的内侧上的用于识别开门意愿的传感器或作为在车门(尤其是尾盖)的内侧上的防碰撞传感器而隐藏在门衬里之下。
根据本发明的用于机动车辆的防碰撞装置包括之前所描述的电容式传感器以及控制单元。控制单元设置成用于根据测量场的由接收电极检测的部分对物体在借助测量场监控的区域内的存在进行推断。传感器的评估单元在此优选整合到这个控制单元中。被监控的区域优选不仅是沿打开方向前置于相应的车辆部件的(亦即车辆外侧的)调节路径区域而且也是沿关闭方向前置的(车辆内侧的)调节路径区域。换句话说，设置防碰撞用于在打开车辆部件(例如尾盖)时以如下方式监控调整运动，即，车辆部件不会撞击在布置在车辆周边环境中的物体(例如站在周围的人)上，并且在关闭车辆部件时根据卡夹保护的类型以如下方式监控关闭运动，即，没有物体卡夹在车辆部件和固定不动的车辆框架之间。尤其是在后一种情况下可能导致的是，落在车辆外侧上的雨水也被错误地判断为在车辆部件与固定不动的车辆框架之间存在的物体并因此阻止车辆部件的(进一步的)关闭运动。
控制单元可以在本发明的范围内构造成不可编程的电子电路并在此例如整合到驱动车辆部件的调节马达的控制装置中。但控制单元优选由微控制器形成，在微控制器内实施用于执行软件模块形式的防碰撞方法的功能性。这个软件模块在此尤其可以形成调节马达的控制装置的起干预作用的控制软件(固件)的组成部分。同样地也适用于传感器的评估单元，其尤其是实施成控制单元的一部分。
一种用于机动车辆的非接触式的进入系统同样被视作是有创造性的，其包括之前所描述的电容式传感器以及控制单元，控制单元设置成用于根据测量场的由接收电极检测的部分非接触式地识别出车辆用户的开门意愿并在必要时将开门信号输出到驱动车门的调节马达。
根据本发明的机动车辆包括之前所描述的传感器。在此，传感器以适宜的实施方案使用在之前所描述的防碰撞装置的框架中。附加地或者替选地，传感器在此(也)也使用在之前所描述的进入系统中。
附图说明
接下来借助附图详细阐释本发明的实施例。附图中：
图1以示意性的侧视图示出了机动车辆的尾部，其带有防碰撞装置和配属于该防碰撞装置的电容式接近传感器；
图2以示意性的细节图示出了带有接近传感器的防碰撞装置；
图3、图4以示意性的横截面图示出了接近传感器的各一个实施例；以及
图5以根据图1的视图示出了接近传感器应用于机动车辆的一种替选方案。
在所有附图中的彼此对应的部分始终用相同的附图标记标注。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了机动车辆1的尾部，其带有布置在其上的尾盖2。尾盖2以能围绕上棱边枢转的方式铰接在机动车辆1的尾部上。尾盖2是一种能调整的车辆部件，其设置用于可翻转地封闭布置在尾部的区域中的后备箱空间开口4。尾盖2为此能在关闭位置5(通过虚线示出)以及打开位置6之间沿调节路径X枢转。在关闭位置5中，尾盖2贴靠到机动车辆1的围绕后备箱空间开口4的车辆框架7上并因此封闭后备箱空间开口4。
尾盖2通过电动调节单元8驱动，用以在关闭位置5和打开位置6之间调整。调节单元8为此以未详细示出的方式具有电动马达和接在该电动马达之后的传动机构，由电动马达产生的调节力借助该传动机构传递给尾盖2。
为了在调整尾盖2时，也就是说在从关闭位置5至打开位置6地打开尾盖2或以相反方向关闭尾盖2时阻止障碍物，例如人的身体部分或其他的物品与运动的尾盖2发生碰撞，机动车辆1包括防碰撞装置10。防碰撞装置10包括防碰撞控制单元(接下来简称为控制单元11)以及电容式(接近)传感器12。电容式传感器12在此经由传感器线路13在信号传递技术上与控制单元11联接。
控制单元11安装用于在调整尾盖2时在执行接下来要详细描述的防碰撞方法的情况下在沿调整方向前置于尾盖2的调节路径区域中识别出障碍物并在必要时停止或倒转调节单元8的马达。为此，控制单元11经由控制线路14在信号传递技术上与调节单元8连接。
在图2中示意性地详细示出了防碰撞装置10。电容式传感器12为了探测沿调整方向前置于尾盖2的障碍物而包括被称为发射电极20的第一传感器电极以及被称为接收电极21的第二传感器电极。从控制单元11通往电容式传感器12的传感器线路13与此相应地包括配属于发射电极20的且接下来被称为发射线路22的、经屏蔽的连接线路。此外，传感器线路13包括配属于接收电极21的、接下来被称为接收线路23的经屏蔽的第二连接线路。发射线路22和接收线路23在此分别实施成同轴电缆，它们的各自的内导体用作针对相应的(电)信号的真正的导体。通过施加(交流)电压，在发射电极20和接收电极21之间建立起被称为测量场25的交变电场(也就是在其中场强度周期性地变更换符号的电场)(在图3和图4中通过点划式的场线26示出)。如图1中所示那样，在尾盖2的两侧(亦即内侧和外侧)建立起测量场25。这就是说，电容式传感器12的测量场25不仅沿打开方向而且也沿关闭方向辐射出。电容式传感器12的发射电极20和接收电极21在此形成电容器，它的电容被电容式传感器12的评估单元28检测到。评估单元28在此整合到控制单元11中。
控制单元11安装用于借助传感器12的电容的变化来推断出物体靠近尾盖2。若电容的变化超过预先给出的参考值，那么控制单元11就经由控制线路14将用于停止调整运动的控制指令发送给调节单元8。
公知地，测量场25既受导电的物体又受不导电的物体影响。通过使测量场25既朝着尾盖2的外侧也朝着内侧辐射出，尤其是于在电容式传感器12的区域中在尾盖2的外表面30上存在液体(例如雨水)的情形下会导致测量场25进而传感器12的电容受到很大的影响，从而使控制单元11错误地推断出在尾盖2的调节路径中存在障碍物并因此停止对尾盖2的调整。
为了现在降低电容式传感器12对直接布置在尾盖2的外表面30处或外表面上的导电的或不导电的物体的敏感性并因此提高防碰撞装置10的障碍物识别的稳定性，传感器12包括屏蔽电极。屏蔽电极在此布置在发射电极20和接收电极21之间。具体来说，屏蔽电极是经屏蔽的发射线路22的(同轴电缆的外导体的)接到参考电位(地电位)上的线路屏蔽件32。由图3可知，线路屏蔽件32形成用于从发射电极20出发的场线26的汇流部(Senke)。因此，仅那些以相对于线路屏蔽件32进而也相对于尾盖2的外表面30足够大且与线路屏蔽件32的几何形状相关的间距A延伸的场线26才被接收电极21接收。也就是说，通过发射电极20和接收电极21之间的接到地电位上的线路屏蔽件32，在尾盖2的外表面30上形成具有降低了敏感性的区域(下文中也被称为无测量场的空间)，从发射电极20至线路屏蔽件32延伸的场线26自然不对测量场25的“有效的”，也就是说能检测到的那部分做出贡献。
由图2可知，发射电极20和接收电极21分别细长地实施。在此，发射线路22进而线路屏蔽件32在发射和接收电极20或21之间从评估单元28(或控制单元11)直至发射电极20的远离评估单元28的端部36地延伸。由此，测量场25也在发射或接收电极20或21的整个长度上近似保持不变地成形。
为了使发射和接收电极20或21以及线路屏蔽件32能以简单的方式以预先给出的空间布置相对彼此地安装在机动车辆1上，具体而言安装在尾盖2上，电容式传感器12包括(传感器)基础载体38。在这个基础载体38上布置有多个保持元件40，各个电极，也就是说发射电极20、接收电极21以及屏蔽电极(或线路屏蔽件32)借助这些保持元件相对彼此地保持在预先给出的位置中(参看图3和图4)。保持元件40在此(以仅示意性示出的方式)构造成用于形状锁合地(formschlüssig)保持各电极20、21或32的卡钩。基础载体38因此与保持在其上的电极20、21以及线路屏蔽件32一起形成预安装的安装单元，其本身固定在机动车辆1上，具体而言固定在尾盖2的内侧上。
在图3中可以看到的是，经屏蔽的发射线路22进而线路屏蔽件32处在由发射电极20和接收电极21撑开的、被称为传感器平面E的平面内。由此实现测量场25在传感器平面E的两侧的对称的构造(也就是说场线26的相对于传感器平面E轴线对称的走向)。
在图4中示出了电容式传感器12(或防碰撞装置10)的另一个实施例。在这个实施例中，基础载体38的用于线路屏蔽件32的保持元件40相对于用于发射和接收电极20或21的保持元件具有不同长度(具体来说较短)地实施。因此，线路屏蔽件32相对于传感器平面E的一侧错开地布置。由此促成场线26的(在图4中示意性地示出的)相对于传感器平面E不对称的走向。在图4所示的实施例中，在尾盖2的外表面30的区域中的无测量场的空间相对于在内侧上的无测量场的空间(以及相对于按图3的实施例)变大。
在一个未详细示出的实施例中，取代发射线路22地，接收线路23在发射电极20和接收电极21之间穿过，从而它的相应的线路屏蔽件形成电容式传感器12的屏蔽电极。在另一个未详细示出的实施例中，无论是发射线路22还是接收线路23都延伸至发射电极20和接收电极21的远离评估单元28的端部36。
在根据图5的另一个实施例中，控制单元11(附加或替选于防碰撞装置地)构造成用于非接触式地识别开门意愿的无钥匙进入系统的一部分。(为此所使用的)电容式传感器12同样用于识别靠近传感器12的事件。电容式传感器12在此(沿车辆横向方向取向地)布置在机动车辆1的尾部保险杠42的内侧上。若车辆用户靠近尾部保险杠42，那么传感器12的测量场25就受到影响且传感器12的电容发生变化。这种电容变化在控制单元11中检测到并与所储存的参考值相比较。在充分一致的情况下，控制单元11推断出车辆用户的开门意愿并随后经由控制线路14将相应的控制指令输出到调节单元8的马达。
在这个实施例中，通过在发射电极20和接收电极21之间布置屏蔽电极，也就是说接地的(连接到地电位上的)线路屏蔽件32也提高了电容式传感器12的稳定性，以防止对靠近事件的错误识别，尤其是由于在尾部保险杠42的表面上流下的雨水所造成的错误识别。
本发明的主题并不局限于之前所描述的实施例。更确切地说，本领域技术人员可以从之前的描述中推导出本发明的其他实施形式。本发明的借助不同的实施例所描述的单个特征和其设计变型方案尤其也可以以其他的方式相互组合。
附图标记列表
1 机动车辆
2 尾盖
4 后备箱空间开口
5 关闭位置
6 打开位置
7 车辆框架
8 调节单元
10 防碰撞装置
11 控制单元
12 接近传感器
13 传感器线路
14 控制线路
20 发射电极
21 接收电极
22 发射线路
23 接收线路
25 测量场
26 场线
28 评估单元
30 外表面
32 线路屏蔽件
36 端部
38 基础载体
40 保持元件
42 尾部保险杠
X 调节路径
A 间距
E 传感器平面

Claims (7)

1.一种机动车辆(1)的电容式接近传感器(12)，所述电容式接近传感器(12)带有
-用于产生测量场(25)的发射电极(20)，
-用于检测至少一部分测量场(25)的接收电极(21)，以及
-屏蔽电极(32)，所述屏蔽电极(32)为了形成测量场(25)而布置在所述发射电极(20)和所述接收电极(21)之间。
2.根据权利要求1所述的电容式接近传感器(12)，其中，所述屏蔽电极(32)与参考电位互联。
3.根据权利要求1或2所述的电容式接近传感器(12)，其中，所述屏蔽电极(32)是所述发射电极(20)的或所述接收电极(21)的经屏蔽的连接线路(22、23)的线路屏蔽件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式接近传感器(12)，其中，所述发射电极(20)和所述接收电极(21)是细长的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电容式接近传感器(12)，所述电容式接近传感器(12)带有基础载体(38)，所述发射电极(20)、所述接收电极(21)和所述屏蔽电极(32)借助预先给出的保持元件(40)保持在所述基础载体(38)上。
6.一种防碰撞装置(10)，所述防碰撞装置(10)用于机动车辆(1)并带有根据权利要求1至5中任一项所述地构造的电容式接近传感器(12)，并且带有控制单元(11)，所述控制单元设置成用于根据测量场(25)的由接收电极(21)检测的部分对物体在借助测量场(25)监控的、前置于车辆部件(2)的区域内的存在进行推断。
7.一种机动车辆(1)，所述机动车辆(1)带有根据权利要求1至5中任一项所述的电容式接近传感器(12)。
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