CN106414877A - 用于机动车的传感器装置 - Google Patents

Abstract

用于机动车的传感器装置，其具有多层印制电路板(2)，在该多层印制电路板上构造出多个金属化平面。电容式传感器电极构造用于借助电容式接近检测在其中一个金属化平面上进行探测。控制装置(3)驱控作为电容式传感器电极的传感器电极，以便利用评估装置探测使用者接近传感器电极。在其中多个金属化平面上分别构造出至少一个面式的电极区域(11、12、13、14、5、16、17、18、19)，其中，其中每个电极区域都与控制装置(3)联接。其中至少两个在不同金属化平面上的电极区域在时间上交替地作为传感器电极被驱控和评估，并且其中至少两个在不同金属化平面上的电极区域在时间上交替地作为接地部被驱控和评估。

Description

用于机动车的传感器装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的传感器装置，尤其是用于电容式检测使用者接近传感器装置的传感器装置。

背景技术

传感器装置构造有至少一个多层印制电路板，该多层印制电路板具有多个金属化平面。电容式传感器电极构造用于在其中一个金属化平面上进行探测。控制装置与传感器电极联接，以便相对于参考电势向传感器电极加载电压。评估装置检测传感器电极上的电容变化，以便探测到使用者接近传感器电极。控制装置和评估装置为此可以整合成一个装置。

在现有技术中公知了用于接近的电容式检测系统。在被带到预定的电势上的传感器电极与参考电极(例如车辆接地部或位于车辆下方的地面的接地部)之间构造出电容。当身体，例如使用者的脚在传感器设施的感测区域中运动时，该电容是可变的。对电容本身的检测可以用不同的方式实现。例如可以使用若干周期性的放电过程或放电持续时间作为针对电容的测量值。例如由DE 196 17 038 A1公知了电容式地检测对车门把手的接近。

DE 10 2012 109 034 A1例如公开了一种具有整合的传感器设施的车门把手。传感器设施使用具有传感器电极的多层的电路板，该传感器电极通过多个在相邻的电路板平面中具有镀通孔的导体结构形成。

借助传感器电极、屏蔽电极(也被称为修正电极)和参考电极进行电容式接近探测的设计在现有技术中同样是公知的。例如在EP 2 568 605中公开了相应的设计方案。DE 102009 002 566 A1也公开了具有不同的金属化平面和传感器电极以及屏蔽电极的传感器设施。

所提到类型的传感器电子器件例如用于检测车辆的使用者的手接近车辆的车门把手或后盖。如果检测到这样的接近，那么例如由车辆侧的电子器件开始与用于车辆的进入钥匙的无线电对话。

如由现有技术和上述文献提到的那样，传感器电极朝向检测区域取向。在背离检测区域的侧上安置有屏蔽电极，其中，屏蔽电极在其电势上跟随传感器电极或相对于该传感器电势是可变的。但是，要评估的是传感器电极的电容变化，而非屏蔽电极的电容变化。在屏蔽电极之后可以安置有接地电极，以便充当用于电容检测的参考电势。

现代的车辆和操作系统始终需要更复杂且更灵活的操作可能性。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供用于电容式的接近检测的改进的传感器设施。

该任务通过具有权利要求1的特征的传感器装置来解决。

本发明的重要的特征是使用具有多个金属化平面的多层印制电路板，其容纳在不同平面中的电极区域。每个具有多个金属化平面的印制电路板设施理解为多层印制电路板。例如单个印制电路板可以形成有金属化的正侧和背侧。在本发明的范围内也可以使用多于两个的金属化平面。在该情况下，多层印制电路板也理解为由多个单个印制电路板构成的复合体，它们例如通过压配合(Pressfit)方法连接成一个多层的设施。

但是，这些电极区域并不配备固定不变的功能。不同的电极区域能以交替的方式被驱控，从而它们有时满足不同的功能。也就是说，在时间上的复用运行的类型中，电极区域可以有时充当传感器电极并且在另一时间范围和检测方案内充当接地电极或考虑作为屏蔽电极。根据本发明的装置具有多个电极区域，它们可以例如部分相叠地位于不同的平面中并且以这样的方式利用时间上复用的驱控实现不同的操作模式。

重要的是，在其中多个金属化平面上分别构造出至少一个面式的电极区域。其中每个本发明所考虑的电极区域都与电子控制装置联接，该电子控制装置可以给电极区域加载不同的电压。

评估装置与至少一个选出的电极区域联接，以便检测电容变化。评估装置和控制装置彼此联接，以便对在检测模式以及电极区域的驱控之间的变换进行同步。它们也可以整合地构造，从而用一个电路实现了驱控和评估。选出的电极区域被加载不同的电压并且评估装置视正好当前的驱控评估方案而定地对作为传感器电极的不同的电极区域进行评估。

利用根据本发明的装置不需要多个传感器装置来实现对不同操作方案的检测。这些操作方案利用在多层印制电路板上的多功能的电极设施来实现。在此，在一个平面中可以构造出电分离的用于驱控的区域，例如以便依赖于沿着把手轴线的操纵点来检测把手区域中的操纵。此外，探测方向可以从印制电路板起被改变以及颠倒。这可以通过如下方式来实现，即，用于传感器电极和屏蔽电极以及接地电极的层例如交换它们的顺序。也就是说，如果这样的多层印制电路板例如布置在车门把手中，那么印制电路板可以用它们的封盖侧在一侧朝向车门把手内侧的方向定向，而在另一侧在外侧的观察方向上定向。通过变换金属化区域的功能平面，探测区域可以首先朝向车门把手的内侧取向并且在时间上的复用方法中也可以有时朝向车门把手的外侧取向。因此，例如不仅可以探测到操作者在将手伸入车门内侧中时的开门期望，而且也可以探测到例如在将手放置到把手外侧上时的锁门期望。

在一个简单的设计方案中，印制电路板具有两个金属化平面，它们作为传感器电极和接地电极的功能在时间过程中变换，以便进行控制转换探测方向。另一简单的设计方案使用三个金属化平面，其中，中间的金属化平面保持为屏蔽电极，但是外置的电极在时间变化中交换作为传感器电极和接地电极的功能。此外，清楚的是，也可以使用更多数量的金属化平面。

在本发明的一个改进方案中，如上面示意出的那样，不仅在多层印制电路板的不同的平面中，金属化区域构造为用于电容式传感器的电极区域，而且在一个平面中也构造出多个分开的电极区域，它们能单个地被驱控或单个地被评估。

原则上，当作为传感器作用的电极或由多个电极面构成的传感器电极复合体尽可能整面地被屏蔽电极屏蔽并且该屏蔽利用接地电极得到保护时，可以实现特别好的感测。相应地，每个平面的多个电极区域可以通过互连形成这样的传感器电极、屏蔽电极或接地电极。

在这样的设计方案中，例如可以设置有如下探测区域，其针对通过将拇指或手指放置到把手区段上的有针对性的操纵来执行探测。

这些在一个平面内的分开的传感器电极可以如前面提到的那样在不同的方案中共同地被驱控，以便形成共同的接地电极或屏蔽电极。

所有这些不同的具有变换的电极功能的检测模式可以按时间顺序周期循环地运转。然而，依赖于时间的驱控也可以按如下方式进行，即，电极区域的功能依赖于车辆状态来选择。如果车辆例如已解锁，那么传感器和电极区域以如下方式来驱控，即，仅探测锁止功能。相反地，如果车辆处于锁止状态中，那么就切换到解锁感测。

由此，在本发明的范围内可以实现的是，在不同平面上的多个电极区域组合成功能单元，例如使它们在某一时间范围内设有相同的功能并且也给它们加载相同的电压。

例如，屏蔽电极可以按这种方式在多层印制电路板的多个平面上延展并且按这种方式几乎围嵌或包围传感器电极。

具体实施方式

现在结合附图详细阐述了本发明。

图1示出抽象的用于机动车的车门把手1，其装备有根据本发明的传感器设施。在车门把手中，在手柄，也就是在开门时要被抓握的区域中布置有多层印制电路板2。在多层电路板2上构造出多个具有传感器电极区域的平面，如下文所描述的那样。控制和评估装置3与印制电路板2和布置在其上的电极区域联接。控制和评估装置3经由线缆束与车辆侧的中心控制单元连接。

图1示出工作原理，据此以一个且同一多层印制电路板2以及同样的电极区域实现了不同的传感器功能和检测区域。在通过控制和评估装置3根据第一方案接通传感器电极时实现了探测区域5，该探测区域的场线区域在图1中以第一虚线示意出。如果使用者在车门把手的内部中伸手进入该区域中，那么这通过传感器电极设施探测到并且可以触发相应的车辆功能。但是如果根据第二方案将控制和评估装置3接通至多层印制电路板2上的传感器电极中，那么就通过传感器电极实现了场线分布6，其通过第二类型的虚线来示出。场线分布5和6在时间上错开并且不同时实现。

图2以放大的示意图示出控制和评估装置3以及与多层印制电路板2和布置在其上的电极区域的联接。在印制电路板2中构造出多个电极平面并且布置有金属化的电极区域4a、4b、4c和4d。为了实现具有图2所示的印制电路板上方的探测区域的场线构造，例如驱控作为传感器电极的电极4a，也就是说相对于参考电极加载预定的电压并且通过评估电路来监控。电极4b于是充当屏蔽电极，其中，其例如被引导到与传感器电极4a相同的电势上，但是仅在传感器电极4a上而不在屏蔽电极4b上监控电容变化。在该配置中，电极区域4c保持电势自由(floating，浮动)并且电极区域4d与接地部联接。以这种方式实现了向上指向的探测区域(图1中的区域5)。

在时间上错开地或通过迅速切换，探测区域可以在其取向上变为向下(图1中的区域6)。在该情况下，电极4d充当具有附属的电势和附属的评估的传感器电极。在该示例中，电极4c可以保持电势自由而电极4b作为屏蔽电极被引导到与传感器电极4d相同的电势上，但没有电容监控。根据该方案，电极4a可以与接地电势联接。

明显的是，同样的电极区域在时间上错开地承担不同的电极功能。

图3示出另一实施例，其中，以抽象形式示出在多层印制电路板上的分层布置。这样的布置也可以安置在用于车辆的后盖或侧门的相应的把手设施中。

电极区域11至19构造在多层印制电路板中的四个不同的平面上。这些电极区域还与在这里未示出的控制和评估装置联接。

根据第一功能方案，多个电极区域，在该示例中是区域13、15和16与屏蔽电压联接，而区域11作为传感器电极接通。除了电极区域16以外，电极区域13和15的侧向布置起到包围传感器电极11的作用。在该方案中，电极18可以作为接地电极接通。

在与前述的方案在时间上错开地激活的第二方案中，电极得到另外的功能或者另外的电极区域被激活。在这个不同的方案中，电极14例如设有屏蔽电压，而电极18起到传感器电极的作用。电极区域17和19与跟电极14相同的电势联接，从而在这里传感器电极18也被位于电极14、17和19上的屏蔽电压电势包围。在该方案中，电极16可以保持电势自由，而电极12例如起到接地电极的作用。

根据另一能在时间上错开地激活的方案，电极12、13、15、19可以被激活，以便检测限定的区域。电极19和用于放置拇指的区域例如可以安置在把手上。如果用于拇指放置识别的检测方案被激活，那么电极19充当传感器，电极18和16充当屏蔽电极并且电极15充当接地部。

明显的是，根据本发明，不仅多层印制电路板的相同平面上的不同的电极区域，而且还有印制电路板的不同平面上的不同的电极区域以时间上能变化的方式在功能上被驱控。在此，多个电极区域可以组合成功能单元。重要的是，其中一些电极区域在不同的驱控模式中承担不同的功能。

Claims (8)

1.用于机动车的传感器装置，所述传感器装置具有多层印制电路板(2)，在所述多层印制电路板上构造出多个金属化平面，

其中，电容式的传感器电极构造用于借助电容式的接近检测在其中一个所述金属化平面上进行探测，

其中，控制装置(3)与所述传感器电极联接，以便相对于参考电势向所述传感器电极加载电压，并且评估装置(3)检测所述传感器电极的电容变化，以便探测到使用者接近所述传感器电极，

其特征在于，

在所述金属化平面中的一些金属化平面上分别构造出至少一个面式的电极区域(11、12、13、14、15、16、17、18、19)，其中，其中每个所述电极区域都与所述控制装置(3)联接，从而能相对于参考电势向其中每个所述电极区域加载配属的、个别的电压，

其中，所述评估装置(3)与其中至少两个在不同的金属化平面上的电极区域联接，

其中，所述评估装置和所述控制装置被构造成使得其中至少两个在不同的金属化平面上的电极区域在时间上交替地作为传感器电极被驱控和评估，并且其中至少两个在不同的金属化平面上的电极区域在时间上交替地作为接地部被驱控和评估。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，两个在不同的金属化平面上的能交替地作为传感器电极和接地电极被驱控的电极区域是相同的，从而使得其中每个电极能有时作为传感器电极且有时作为接地电极被驱控。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，在至少一个金属化平面中构造出两个分开的电极区域(11、12、13；14、15；17、18、19)，所述两个分开的电极区域能分开地被驱控或评估。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，控制电路被构造成使得其中至少一个已联接的电极区域能有时电势自由地(浮动地)接通。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述控制装置和所述评估装置被构造成使得在所述多层印制电路板的不同的平面中的电极区域在时间上错开地作为传感器电极接通。

6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中，所述控制装置和所述评估装置以如下方式构造，即，

首先，将一个电极区域(4a)作为传感器电极接通，所述多层印制电路板的这个电极区域的平面具有与所述多层印制电路板的第一外侧的第一间距，并且同时，将另一电极区域(4c)作为屏蔽电极接通，所述多层印制电路板的这个电极区域的平面具有与所述外侧的第二间距，其中，所述第二间距大于所述第一间距，

并且在时间上错开地，将一个电极区域(4c)作为传感器电极接通，所述多层印制电路板的这个电极区域的平面具有与所述多层印制电路板的所述第一外侧的第三间距，其中，所述第三间距大于所述第一间距，并且同时，将另一电极区域(4b)作为屏蔽电极接通，所述多层印制电路板的这个电极区域的平面具有与所述外侧的第四间距，其中，所述第四间距小于所述第三间距，

从而在时间上错开地将传感器电极和屏蔽电极相对于所述外侧的空间顺序进行颠倒。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述电极区域至少成对地且至少部分地沿垂直于印制电路板平面的方向相叠。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，在一个平面中的至少一个电极区域能作为传感器电极接通，在另一平面中的电极区域能作为屏蔽电极接通，并且在另一不同的平面中的电极区域能作为接地电极接通。