CN109983701B

CN109983701B - 靠近和/或接触的检测方法、电容性传感器和检测模块

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Publication number: CN109983701B
Application number: CN201780073460.9A
Authority: CN
Inventors: G.施皮克; O.热拉尔迪耶; C.E.罗德里格斯
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: WO2018100282A1; KR102403298B1; FR3059499B1; US20190383065A1; KR20190088516A; CN109983701A; US10865590B2; FR3059499A1

Abstract

本发明的目的在于一种用于检测在机动车辆（V）的门把手（P）附近的用户的手（M）的靠近和/或接触的方法，所述把手（P）包括：·具有电容（Ce）的电极（40），以及·用于测量所述电容的变化的设备（60），·位于电极附近的低频天线（A），所述低频天线的发射产生对用于测量电容变化的设备的运转的干扰，本发明提出了根据在预定的时间间隔(Δt(k‑1))上计算的所述电容的先前的测量值（Ni）的变化的平均值(S_Δt(k‑1))来计算用于检测靠近的新适应性阈值(Nth'_Δtk)，所述测量值（Ni）的变化被由如下的因子(W(Ni))加权：所述因子取决于在每一测量值的变化与在先前的预定时间间隔(Δt(k‑2))上先前所计算的变化的平均值(S_Δt(k‑2))之间的偏差，如果测量值的变化大于新适应性阈值，则验证对靠近的检测。

Description

靠近和/或接触的检测方法、电容性传感器和检测模块

本发明涉及一种检测在机动车辆门把手附近的用户的手靠近和/或接触的方法、相关联的电容性传感器和检测模块。本发明更特别地适用于检测用户朝向机动车辆门把手的靠近和/或接触的方法。

现今，某些机动车辆配备有“免于用手”的访问。也就是说，经授权的车辆用户不再需要钥匙以用于打开其车辆的门和其它活动片(发动机盖、后备箱等等)。代替钥匙用户拥有标识徽章(或遥控装置)，车辆的电子系统与其交互。

为了请求打开门，例如，用户靠近门把手。位于把手中的电容性存在传感器检测用户的手的存在。该传感器被连接到车辆的电子计算机(ECU：对于“Electronic ControlUnit”的英语缩写)并且向它发送存在检测信号。车辆的电子计算机预先已经将用户标识为被授权访问该车辆，或者可替换地，在接收到该检测信号之后，它进行该标识。为此，它经由LF(对于“Low Frequency(低频)”的英语缩写)天线而向用户所佩戴的徽章(或遥控装置)发送标识请求。该LF天线也位于电容性存在传感器位于其中的门把手中。作为响应，徽章通过RF(射频)波向车辆的电子计算机发送其标识代码。如果电子计算机将所述标识代码识别为授权访问车辆的标识代码，则它启动门的打开。相反，如果电子计算机没有接收到标识代码，或者如果所接收到的标识代码是错误的，则不进行打开。

这样的电容性传感器C由被集成在车辆V的门把手P中的具有电容Ce的电极40(对照图1)以及电容Ce的变化的测量设备60构成。电容Ce根据用户的手朝向把手P的靠近而变化。

测量设备60例如以弛豫振荡器—也就是说其频率变化允许确定电容Ce的变化值的振荡器—的形式存在，其被集成在微控制器80中。它还能够以在其值变化的电容Ce与电容Ce在其中放电的负载电容之间的电容性分配桥的形式存在。

测量设备60在输出端提供表示电容Ce的变化的信号。

电容Ce的这样的测量设备60是本领域技术人员已知的，并且被描述在公布的专利申请FR 2 999 833 A1中。

本领域技术人员已知其它的用于测量电容Ce的变化的设备。

当表示电容Ce的变化的信号N达到高于适应性阈值Nth的时候，验证了对靠近和/或接触的检测。

根据在对其添加了检测裕度的预定持续时间Δt的先前时刻上计算的电容Ce的变化的信号N的平均值来计算所述适应性阈值Nth。例如，Δt等于三秒，并且在时刻t(s)处，通过取在预定持续时间Δt(其是在先前的3秒期间流逝的)期间—也就是说在(t-3)与t(按秒计)之间—的信号Nth的值的平均值来计算适应性阈值Nth，对所述预定持续时间Δt即添加了固定的检测裕度A。

适应性阈值因此是按固定的频率计算的，例如每3秒，根据在先前流逝的3秒上的信号N的值的平均值。

所述适应性阈值Nth具有避免错误检测的优点。事实上，在固定阈值的情况下，在信号Nth上的噪声的情况下，信号N可能以暂时方式达到固定阈值以上。

适应性阈值Nth还允许适配于由于环境的改变(例如温度或湿度的增加)所致的信号N的变化。

利用适应性阈值允许—事实上在影响信号N的噪声的情况下—避免该不便，并且适应性阈值Nth还以成比例的方式适配于信号N的偏移。因此适应性阈值Nth保持在信号N之上，除了在用户的手靠近的情况下以外，在该情况下，信号N的变化更突然，并且信号N达到适应性阈值Nth以上，并且对靠近的检测被确认。

通过利用适应性阈值Nth，于是仅仅检测到以足够的方式使信号N的值变化以致于信号N的值超过适应性阈值Nth的用户的手的靠近。

在图2中图示了这一点。

测量电容Ce的变化的信号N是按照时间t表示的。所述信号N在手M朝向把手P靠近时经受强变化。更确切地，在用户的手M靠近时信号N显著增大。

在t0时，信号N达到适应性阈值Nth以上，并且对靠近的检测被验证。

至于适应性阈值Nth，其也以小于或等于预定持续时间Δt的延迟而增大。

然而，对于某些车辆V而言，甚至在通过电容性传感器检测到用户出现在把手P附近之前就激活了某些功能。

这些功能可以是例如一旦由车辆V借助于用户的徽章认证了用户、也就是说一旦徽章的标识已经在所述车辆V周围的预定半径中被车辆V的一个或多个LF天线A识别，就运行某些发光设备或点亮仪表盘。

对于这些车辆而言，位于车辆V的门把手P中的LF天线A(参见图1)因此通过以周期性的方式发射电磁波来周期性地探测与车辆V兼容的徽章的标识的存在，甚至在门把手P附近检测到用户的手M的靠近之前。

然而，位于电极40附近的LF天线A的运转产生由电容性传感器C进行的对靠近和/或接触的错误检测。

当信号N被LF天线A干扰时信号N在短时间段期间显著降低。当然，所图示的示例绝不是限制性的，LF天线A的某些干扰可能引起信号N的显著且点状的增大。

对于不同来源的所有其它强电磁干扰而言也是这种情况。

在图3中图示了这一点。在时刻t0处，在电容性传感器上的电磁干扰I产生对电容Ce的变化的信号N的显著降低。

在预定延迟Δt的结束时，适应性阈值Nth反应并且也降低。由于电磁干扰I是偶然的并且具有短持续时间，所以在预定持续时间Δt期间，信号N迅速回到标称值No。

然而，由此导致的是：适应性阈值Nth考虑到该强且偶然的降低，在时刻t1处成为低于信号N。

因此在时刻t1处验证对靠近的检测。然而，它并不涉及与手的靠近相对应的信号N的增大，而是所涉及的信号N的增大对应于来源于信号N上的强干扰的适应性阈值Nth的异常降低。

在其中电磁干扰产生信号N的显著且点状的增大的情况下，适应性阈值Nth的值也以“人工”方式增大，并且传感器C于是不太灵敏。

这产生对靠近的错误检测，以及因此产生对车辆V的门的不适时的解锁或锁定，尤其是在车辆V周围已经标识了兼容的徽章时。

为此目的，本发明在这方面通过使得电容性传感器不对任何电磁干扰灵敏从而提出了没有现有技术的缺点的检测靠近和/或接触的方法。

本发明提出了一种检测在机动车辆门把手附近的用户的手的靠近和/或接触的方法，所述把手包括：

·具有电容的电极，以及

·用于测量所述电容的变化的设备，

·位于电极附近的低频天线，所述低频天线的发射产生对用于测量电容变化的设备的运转的干扰，

所述方法值得注意之处在于根据在预定时间间隔上计算的所述电容的先前的测量值的变化的平均值来计算用于检测靠近的新适应性阈值，所述测量值的变化被由如下的因子加权：所述因子取决于在每一测量值变化与在先前的预定时间间隔上先前所计算的变化的平均值之间的偏差，如果所述电容的测量值的变化大于新适应性阈值则验证对靠近的检测。

合理地，以固定频率来计算新适应性阈值。

根据第一实施例，预定时间间隔与先前的预定时间间隔彼此具有相等的持续时间。

本发明还涉及用于检测用户的手朝向机动车辆门把手的靠近和/或接触的任何电容性传感器，所述传感器包括：

·具有电容的电极，以及

·用于测量所述电容的变化的设备，

所述传感器值得注意之处在于它此外包括：

·用于根据在一定时间间隔上计算的所述电容的测量值的变化的平均值来计算用于检测靠近的新适应性阈值的部件，所述测量值变化被由如下的因子加权：所述因子取决于在每一测量值变化与在先前的预定时间间隔上先前所计算的测量值的变化的平均值之间的偏差，

·用于在所述电容的变化与适应性阈值之间进行比较以便验证对靠近的检测的部件。

本发明还适用于用于检测用户的手朝向机动车辆门把手的靠近和/或接触的任何模块，所述模块包括：

·电容性传感器，其包括：

-具有电容的电极，以及

-用于测量所述电容的变化的设备，以及

·位于电极附近的低频天线，所述低频天线的发射产生对用于测量电容的变化的设备的运转的干扰，

所述模块值得注意之处在于它此外包括：

有利地，用于计算的部件和用于比较的部件以被集成在微控制器中的软件的形式呈现。

本发明还涉及包括根据上面列举的特征之一的传感器或模块的任何机动车辆。

在阅读以非限制性方式举例的随后描述时以及在查阅随附附图时，本发明的其它目的、特征和优点将显而易见，在附图中：

-图1(已经论述)示意性地表示把手10，其包括LF天线A与被集成在印刷电路80中的电容性传感器C，根据现有技术印刷电路80包括电极40和测量设备60，

-图2(已经论述)是如下的曲线图：其表示当电容的变化达到适应性阈值Nth以上时，电容Ce根据时间的变化以及对手的靠近的检测，

-图3(已经论述)是如下的曲线图：其表示在有电磁干扰I时电容Ce的变化，以及当电容的变化达到适应性阈值Nth以上时对靠近的错误检测，

-图4示意性地表示根据本发明的包括电容性传感器C和天线A的模块D。

-图5是如下曲线图：其表示根据本发明的在有电磁干扰I时的电容Ce的变化以及新的适应性阈值Nth’，图示为不存在对靠近的错误检测。

如先前解释那样，当现有技术的电容性传感器C位于LF天线A附近时该现有技术的电容性传感器C易受所述LF天线A所发射的电磁波干扰。由此导致在电容Ce的变化的测量值上(即在信号N上)的误差，这进而产生在适应性阈值Nth上的误差。所述干扰表现为信号N的突然且强的降低，作为后果这在适应性阈值Nth更新时使所述适应性阈值Nth的值下降(适应性阈值Nth被以固定的频率(例如每3秒)更新或计算)。一旦干扰停止并且信号N重取未受干扰的值(即：在干扰之前的标称值)，它就在适应性阈值Nth被更新时超过所述适应性阈值Nth，并且对靠近的检测被验证，而信号N超出适应性阈值实际上是因为信号N的由于强电磁干扰所致的偶然降低以及因为真实的靠近。

如先前所解释那样，在产生在信号N上的点状增大的寄生干扰的情况下，适应性阈值Nth也增大，并且传感器C于是变得对于用户手的靠近不太灵敏。

本发明为此目的在于克服这些问题。

针对经由电容性桥来测量电容Ce的变化的电容性传感器给出了以下示例，其中电容Ce被与充电电容Cs以及以固定频率在充电电容Cs中放电的放电容并联地安装。

然而，本发明仍可适用于任何技术的传感器C，其测量电容Ce的变化以用于通过以适当的方式适配常量A的值(在下文中解释)来产生对充电和放电的数目进行表示的信号N。

根据本发明的传感器C被表示在图4中。所述传感器C如在现有技术中那样包括电极40以及用于测量所述电极40的电容Ce的变化的部件60。

本发明提出了传感器C，其此外包括：

-用于计算新适应性阈值Nth’的部件M1，

-用于在所述新适应性阈值Nth’与电容Ce的变化之间进行比较以便验证对用户的手M朝向门P的把手10的靠近的检测的部件。

根据本发明的用于检测靠近的模块D因此包括诸如先前所限定的传感器C，也就是说包括用于计算的部件M1以及用于比较的部件M2，以及位于电极40附近的低频天线A，所述低频天线A的发射如先前所解释的那样产生对用于测量电容Ce的变化的设备60的运转的干扰。

根据本发明，所述新适应性阈值Nth’是根据在预定持续时间Δt’期间所计算的所述电容Ce的先前的变化的平均值来计算的，所述变化被由如下的因子W加权：所述因子W取决于在每一变化与先前计算的变化的平均值、也就是说在所计算的最新平均值之前的一个平均值之间的偏差。

在图5中图示了这一点。

Nth'_Δth＝S_Δt(k-1)+A

其中：

并且：

其中：

Nth′_Δtk：针对间隔Δtk所计算的新阈值，

S_Δt(k-1)：在间隔Δt(k-1)期间测量值Ni的加权平均值，

S_Δt(k-2)：在间隔Δt(k-2)期间测量值Nj的加权平均值，

W(Ni)：被指派给电容Ce的第i个测量值Ni的权重，

W(Nj)：被指派给电容Ce的第j个测量值Ni的权重，

Ni：电容Ce的第i个测量值，

Nj：电容Ce的第j个测量值，

X：在间隔Δt(k-1)期间的测量值的数目，

Z：在间隔Δt(k-2)期间的测量值的数目，

A：大于或等于0的常量，其例如介于6和30之间，

K：大于0的常量，其例如在2和50之间。

在图5中图示了这一点。

在时间间隔Δt3期间应用的新阈值Nth'_Δt3是根据在先前的间隔Δt2期间计算的加权平均值S_Δt2计算的，向所述加权平均值S_Δt2添加了常量A。

加权平均值S_Δt2是在间隔Δt2期间电容Ce的变化的X个测量值Ni的平均值，向所述X个测量值Ni指派了权重W(Ni)(即系数)，也就是说：

至于加权系数W(Ni)，其是根据在电容Ce的变化的所述测量值Ni与在先前时刻Δt1处所计算的加权平均值S_Δt1之间的偏差来针对每个测量值Ni计算的，即通过以下等式：

其中K是大于0的常量。

并且：

为了简化的目的，考虑到时间间隔为相等的持续时间，Δt1＝Δt2＝Δt3，并且因此在每个间隔中的测量值的数目X、Z也彼此相等，即X＝Z。

因此，根据本发明的方法允许为呈现与在先前的间隔中计算的加权平均值间的低偏差的测量值指派高权重，并且为呈现与在先前的间隔中计算的加权平均值间的大偏差的测量值指派低权重。

事实上，相对于在先前的间隔中计算的加权平均值呈现大偏差的测量值当然是受噪声干扰的测量值。通过向它们指派低权重，新阈值Nth’较少地受这些寄生测量值影响。

在图5中，在间隔Δt3期间应用的新阈值Nth'_Δt3大于根据现有技术的方法计算的阈值Nth。

在间隔Δt3期间，变化的测量值依然小于新阈值Nth'_Δt3，并且与现有技术对比没有任何对靠近的检测被验证。

新适应性阈值Nth'_Δtk3在具有预定持续时间的间隔Δt3内被应用于电容Ce的变化N的测量值。

一旦该持续时间期满，处理重新开始以用于接下来的间隔Δt’(未被表示)，根据在先前的间隔Δt3期间计算的加权平均值S_Δt3来计算新适应性阈值Nth'_Δtk4，所述加权平均值S_Δt3，向所述加权平均值S_Δt3添加了常量A。

于是加权平均值S_Δt3是在间隔Δt3期间的电容Ce的变化的Y个测量值Nm(没有在图5中被表示)的平均值，向所述Y个测量值Nm指派了权重W(Nm)，至于所述权重W(Nm)，其是根据在电容Ce的变化的所述测量值Nm与在先前时刻Δt2所计算的加权平均值S_Δt2之间的偏差而针对每个测量值Nm计算的。

在优选的实施例中，用于计算新适应性阈值Nth'_Δtk3的时间间隔Δt(k-2)、Δt(k-1)彼此全部具有相等的持续时间，例如介于0.5秒和10秒之间，优选地Δt(k-2)＝Δt(k-1)＝3秒。

在本发明的第二实施例中，用于计算新适应性阈值Nth'_Δtk3的时间间隔Δt(k-2)、Δt(k-1)，以及应用新阈值的时间间隔(即Δtk)彼此全部具有相等的持续时间。

换言之，新适应性阈值Nth’是以固定的频率f计算的，所述频率f等于：

当然，所述时间间隔Δt(k-2)、Δt(k-1)、Δtk在持续时间方面可以变化，并且彼此具有不同的持续时间。

本发明的方法因此允许在用于定义检测阈值的测量值的平均值的计算中合理地减小寄生测量值的比重。

利用本发明的方法，避免了由电容的测量值达到检测阈值以上—这由源于电磁噪声或其它的测量值异常降低所引起—所启动的错误检测。本发明还允许在其中干扰产生在电容的变化的测量值信号中的异常增大的情况下避免没有检测到靠近。

本发明的检测方法因此允许以显著的方式改善传感器的精度和可靠性。

Claims

1.一种检测在机动车辆(V)的门把手(P)附近的用户的手(M)的靠近和/或接触的检测方法，所述把手(P)包括：

·具有电容(Ce)的电极(40)，以及

·用于测量所述电容(Ce)的变化的设备(60)，

·位于电极(40)附近的低频天线(A)，所述低频天线(A)的发射产生对用于测量电容变化的设备(60)的运转的干扰，

所述检测方法的特征在于根据在预定时间间隔(Δt(k-1))上计算的所述电容(Ce)的先前的测量值(Ni)的变化的平均值(S_Δt(k-1))来计算用于检测靠近的新适应性阈值(Nth'_Δtk)，所述测量值(Ni)的变化被由如下的因子(W(Ni))加权：所述因子取决于在每一测量值(Ni)的变化与在先前的预定时间间隔(Δt(k-2))上先前所计算的变化的平均值(S_Δt(k-2))之间的偏差，如果所述电容(Ce)的测量值(Ni)的变化大于新适应性阈值(Nth'_Δtk)，则验证对靠近的检测。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于以固定频率(f)来计算所述新适应性阈值(Nth’)。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于所述预定时间间隔(Δt(k-1))、以及先前的预定时间间隔(Δt(k-2))彼此具有相等的持续时间(Δt)。

4.一种用于检测用户的手朝向机动车辆(V)的门把手(P)的靠近和/或接触的电容性传感器(C)，所述传感器(C)包括：

·具有电容(Ce)的电极(40)，以及

·用于测量所述电容(Ce)的变化的设备(60)，

所述传感器(C)的特征在于它此外包括：

·用于根据在一定时间间隔(Δt(k-1))上计算的所述电容(Ce)的测量值(Ni)的变化的平均值(S_Δt(k-1))来计算用于检测靠近的新适应性阈值(Nth'_Δtk)的部件(M1)，所述测量值(Ni)的变化被由如下的因子(W(Ni))加权：所述因子取决于在每一测量值(Ni)的变化与在先前的预定时间间隔(Δt(k-2))上先前所计算的测量值的变化的平均值(S_Δt(k-2))之间的偏差，

·用于在所述电容的变化与适应性阈值之间进行比较以便验证对靠近的检测的部件(M2)。

5.一种用于检测用户的手朝向机动车辆(V)的门把手(P)的靠近和/或接触的检测模块(D)，所述检测模块(D)包括：

·电容性传感器(C)，其包括：

-具有电容(Ce)的电极(40)，以及

-用于测量所述电容(Ce)的变化的设备(60)，以及

所述检测模块(D)的特征在于它此外包括：

6.根据权利要求5所述的检测模块(D)，其特征在于用于计算的部件(M1)与用于比较的部件是采用被集成在微控制器(80)中的软件的形式呈现的。

7.一种机动车辆(V)，其特征在于它包括根据权利要求5或6所述的检测模块(D)或根据权利要求4所述的传感器。