CN111051629B

CN111051629B - 用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的设备和相关联的门把手

Info

Publication number: CN111051629B
Application number: CN201880057415.9A
Authority: CN
Inventors: G.施皮克; B.韦斯; B.佩里; S.鲍德鲁
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: KR102641562B1; FR3070706B1; US11421453B2; WO2019048765A1; CN111051629A; KR20200051017A; US20210123270A1; FR3070706A1

Abstract

本发明涉及一种用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的检测设备，所述设备包含在防水外壳中，集成到非防水把手中，该把手的下部包括排水孔，外壳的部分浸没在水中，所述设备包括：·电容式接近和/或接触检测传感器，其包括至少一个检测电极，具有代表使用者的手的接近的可变检测电容；·充电/放电电容，本发明提出添加保护电极，该保护电极位于外壳的浸没在水中的部分中，其电联接到检测电极并连接到充电/放电电容的端子，使得在对检测电容和充电/放电电容进行充电/放电的各个步骤期间，保护电极同时处于与充电/放电电容的端子相同的电势，这是估计检测电容值所必需的。

Description

用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的设备和相关联的门把手

技术领域

本发明涉及一种用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的设备，并且涉及一种包括所述设备的车门把手。

背景技术

如今，车门把手配备有检测使用者存在的设备。对使用者存在的检测，加上对该使用者携带的用于远程访问控制的“免提”电子遥控钥匙的识别，允许远程锁定和解锁车辆的开启元件。因此，当携带由车辆识别的相应电子遥控钥匙的使用者想要解锁车辆时，他接近把手或触摸车门把手，然后车辆的开启元件自动解锁。通过接近或按压车门把手的被称为“解锁区域”的精确位置，门（或者替代地，任何开启元件）被解锁，而不需要使用者的任何其他动作。相反，当仍然携带由车辆识别的必要的智能钥匙的使用者想要锁定他的车辆时，他关闭车门，并且接近或瞬时按压把手的另一个精确位置，称为“锁定区域”。这种动作可以自动锁定车辆的开启元件。

这些存在检测设备通常包括两个电容传感器，其形式为电连接到印刷电路板并集成到门把手中的两个电极，每个都处于精确的锁定或解锁区域。通常，每个区域有一个专用电极，也就是说，一个电极专用于检测锁定区域中使用者的手的接近和/或接触，一个电极专用于检测解锁区域中使用者的手的接近和/或接触。

存在检测设备还包括通常为LF（低频）的射频天线。检测设备连接到车辆的电子计算机（ECU：电子控制单元），并向其发送存在检测信号。车辆的电子计算机已经预先将使用者识别为被授权进入该车辆，或者替代地，在接收到该存在检测信号之后，它执行该识别。为此，它通过射频天线向使用者携带的遥控钥匙（或遥控器）发送识别请求。作为响应，该遥控钥匙通过RF（射频）波将其识别码发送到车辆的电子计算机。如果电子计算机将识别码识别为授权进入车辆的识别码，它将触发门（或任何开启元件）的锁定/解锁。另一方面，如果电子计算机没有接收到任何识别码，或者如果接收到的识别码是错误的，则不执行锁定或解锁。

因此，这种车辆配备有门把手，该门把手包括检测设备，该检测设备本身包括通常为低频的射频天线，以及连接到微控制器的两个电极，该电极集成到印刷电路板中并被提供电压。

纯粹为了解释，这里将考虑检测设备D，其包括两个电极形式的两个电容传感器，一个电极专用于解锁区域，一个电极专用于锁定区域，所述两个电极连接到包括微控制器和LF天线的印刷电路板。参考图1描述了现有技术的检测设备D。

图1示出了机动车辆车门P的把手10（车辆未示出），其中设置有用于检测使用者存在的设备D。车门P的所述把手10包括朝向车门P方向的第一外表面S1和与第一外表面S1相对、因此朝向车辆的相对侧、更准确地说朝向使用者（未示出）的第二外表面S2。该检测设备D通常采用防水外壳B的形式，包括第一解锁电极E2，其一个面靠近第一外表面S1；LF天线（未示出），其一个面靠近第二外表面S2；第二锁定电极E1，其一个面靠近第二外表面S2；以及控制装置60。第一和第二电极E1、E2连接到控制装置60。该控制装置60测量每个第一和第二电极E1、E2的端子和由接近的使用者的手形成的接地之间的电容，以便检测使用者在检测区域中、也就是说在锁定区域Z1或解锁区域Z2中的存在（接近和/或接触），并且例如由集成到印刷电路板80中的微控制器60组成。LF天线（未示出）本身连接到嵌入在车辆（未示出）上的BCM（Body Controller Module，“车身控制器模块”）类型的电子计算机，其管理由所述LF天线发射的识别请求。当使用者的手M接近电极E1或E2时，使用者充当连接到接地的第二电极，其将检测电容的电容增加到高于“静止”（即，在使用者不存在的情况下）的检测电容的标称电容的电容。

电容值变化到高于阈值证实检测到使用者的手接近。

然而，现有技术的这种检测设备D存在主要缺点。

具体而言，使用电容传感器（第一和第二电极E1和E2）对使用者的接近的检测是不稳健的。

车门P的把手10不是防水的，因此水e能够渗入其中。为了排出渗入的水e，把手10包括排水孔t1、t2，为了美观，排水孔t1、t2很小，并且不能快速排出渗入的水e。在盐水e的情况下更是如此，盐水e更粘，其密度比雨水e高。

毛细作用现象也会发生，也就是说水e与外壳的塑料发生化学粘附，这阻碍了水e的排出。

当水e渗入把手并滞留在其中时，在把手10的下部，也就是说，在防水且包括电极E1和E2的外壳B和把手10的内表面之间，在导电水e、一个或两个电极E1、E2和印刷电路板80之间，更具体地说，在其与接地之间发生电容联接。这在图1和图2中示出。在图2中，水e存在于外壳B（在电极E1和E2一侧）和印刷电路板80之间的把手10中。通过水e在第一电极E1或第二电极E2和印刷电路板80的接地面P之间的电联接C恶化了电容传感器的操作，使其不再起作用。锁定区域Z1或解锁区域Z2减小，或者甚至不再存在。

现有技术的一个解决方案是增加排水孔t1、t2的数量或增加它们的尺寸。然而，为了把手的外观，这是不可取的。此外，这没有解决与毛细作用现象相关的排水e的问题。

现有技术的另一个解决方案在于使把手P不透水。于是，制造把手P的方法变得比非防水把手P的方法更昂贵，这也是不希望的。

发明内容

本发明提出了一种设计成集成到非防水门把手中的用于检测锁定或解锁意图的设备，该设备克服了这个问题。

在这种情况下，根据本发明的设备允许水e滞留在把手10的下部，而不影响电容传感器的操作。

本发明提出了一种用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的设备，所述设备（D’）包含在防水外壳中，集成到非防水把手中，该把手的下部包括排水孔，该排水孔限定了用于排出渗透到外壳的浸没在水中的部分中的水的排水线，所述设备包括：

· 电容式接近和/或接触检测传感器，其包括至少一个检测电极，具有代表使用者的手的接近的可变检测电容，

· 充电/放电电容，

·微控制器，其连接到接地面和电压源，测量检测电容值，

· 第一开关装置，其连接到微控制器和充电/放电电容的第一端子，

· 第二开关装置，其连接到微控制器、充电/放电电容的第二端子和检测电极，

· 第一和第二开关装置适于对检测电容和充电/放电电容进行充电/放电，

所述设备的特征在于：

· 检测电极和接地面设置在排水线上方，

并且该设备还包括至少一个保护电极，该保护电极包含在外壳浸没入水中的部分中，与检测电极分离，使得在保护电极和检测电极之间存在电联接，该保护电极与充电/放电电容的第一端子同时电连接到第一开关装置。

优选地，微控制器和接地面被集成到印刷电路板中。

本发明还涉及一种用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的方法，该方法包括检测设备，所述设备包含在防水外壳中，集成到非防水把手中，把手的下部包括排水孔，外壳的部分浸没在水中，所述设备包括：

· 电容式接近和/或接触检测传感器，包括至少一个检测电极，具有代表使用者手的接近的可变检测电容

· 充电/放电电容，

· 电压源，

该方法包括以下步骤：

- 步骤E1：对检测电容进行充电，

- 步骤E2：将检测电容放电到充电/放电电容中，

- 步骤E3：测量检测电极两端的电压

- 步骤E4：对充电/放电电容和检测电容进行放电，

- 步骤E5：对充电/放电电容和检测电容同时进行充电，形成电容分压桥，

- 步骤E6：测量检测电极两端的电压，

- 步骤E7：计算在步骤E3执行的电压测量和在步骤E6执行的电压测量之间的差值

- 步骤E8：如果差值大于预定阈值，则确认接近，

该方法的特征在于，在步骤E1之前，将保护电容连接到充电/放电电容的第一端子，使得在步骤E1至E6中，所述保护电容同时连接到与充电/放电电容的第一端子相同的电势，该保护电容电联接到检测电容。

本发明也适用于包括根据上述任何一个特征的检测设备的任何门把手或机动车辆。

附图说明

本发明的其他目的、特征和优点将在阅读以下以非限制性示例的方式提供的描述并查阅附图后变得显而易见，其中：

· 图1示出了包括现有技术的检测设备D的机动车辆车门P的把手10；

· 图2示出了包括根据现有技术的检测设备D的机动车辆车门P的把手10的剖视图，示出了水e渗入把手的现象，以及包含在印刷电路板80中的解锁电极E1和接地面P之间的电联接C，

· 图3是根据本发明的检测设备D’的示意图，包括保护电容Cep，

· 图4是包括本发明的检测设备D’的把手10’的剖视图，保护电极Ep位于把手10’的下部，把手10’的一部分位于水e的排水线l之下，

· 图5示出了包括本发明的检测设备D’的把手10’的正视图。

具体实施方式

如上所述，图1和图2所示的现有技术的检测设备D的主要缺点是，当水e渗入非防水把手P并停留在把手10的下部，在锁定电极E1或解锁电极E2或所述两个电极与印刷电路板80的接地面P之间产生电联接C时，检测设备就不再工作。这种电联接C使电容传感器100不太敏感，甚至不工作。即使电极E1和E2以及印刷电路板80和它的接地面P位于其中的外壳B是防水的，这种电联接现象仍然存在。

接近和/或接触检测不再可靠，甚至不可能。

本发明提出了一种用于克服这一缺点的检测设备D’。

根据本发明，用于检测锁定或解锁意图的设备D’设计成集成到非防水把手10’中。

非防水把手10’被理解为是指这样的把手10’，雨、冰或雪水e能够渗透到把手10’中并暂时滞留在把手10’的下部，直到雨水通过把手10’中形成的为此目的而设置的排水孔t1、t2排到外部。

用于渗入水e的排水孔t1、t2通常位于把手10’的两侧，以便于水e流向外部。

渗入把手10’下部的水e将在把手10’中累积到最大水位，该水位对应于渗入水e的量和同时通过排水孔t1、t2排出的水e的量之间的平衡。

该最大水位将被称为排水线l。所述排水线l取决于水e的渗透和排出速度，还取决于其密度（例如，盐水具有密度大于非盐水，并且比非盐水流动更慢），还取决于其温度以及排水孔t1、t2的设置。

排水线l可以通过测试预先确定。

这里将描述本发明应用于锁定电极E2’，但是当然可以应用于位于防水外壳B’中的任何检测电极，该外壳包括包含在非防水把手10’中的接地面P’。

位于防水外壳B’中的检测设备D’，其至少一部分位于把手10的下部，在排水线l之下，因此浸没在渗透水e中，如在现有技术中一样，包括至少一个电容式接近和/或接触检测传感器100，用于检测使用者的手在把手10’上的接近和/或接触，其本身包括：

· 至少一个检测电极E2’，位于把手10’的检测表面S1附近，与使用者的手形成可变检测电容Ce，代表使用者的手M接近检测表面S1，

· 连接到接地面P的微控制器60’，微控制器60’和接地面被集成到印刷电路板80中，

· 充电/放电电容Cs，能够对检测电容Ce进行充电/放电，

· 电压源Vcc，

· 第一开关装置Sw1，其连接到充电/放电电容Cs的第一端子，并连接到微控制器80’，使得可以调节所述充电/放电电容Cs两端的电压，

· 第二开关装置Sw2，其连接到充电/放电电容Cs的第二端子，并连接到检测电极E2’，使得可以在调节充电/放电电容Cs的第二端子的电压的同时调节检测电极E2’的电压，

· 第一和第二开关装置S1、S2适于对检测电容Ce和充电/放电电容（Cs）进行充电/放电，检测电极E2’的电压Ve、Ve’变化使得可以确认检测到使用者的手M的接近，如下所述，

· 集成到微控制器60’中的用于测量检测电极E2’（未示出）两端电压的设备。

这在如图3中示出。

微控制器60’包括用于控制第一和第二开关装置Sw1、Sw2的装置（未示出）。

第一和第二开关装置Sw1、Sw2使得可以连接充电/放电电容Cs的第一端子或者连接充电/放电电容Cs的第二端子和检测电极E2’（其与使用者的手M形成可变电容Ce）：

· 在第一位置：非零电压，例如电源电压Vcc，

· 处于电气接地的第二位置，以及

· 在第三位置，在开路中，更准确地说，是保持浮动的电势。

现有技术的电容传感器100如下操作：

在第一步骤（步骤E1）中，第一和第二开关装置Sw1、Sw2处于第一位置，也就是说连接到非零电压源Vcc（例如3.3 V）。在该第一步骤中，检测电容Ce充电。在第二步骤（步骤E2）中，第二开关装置Sw2处于第三位置（开路），第一开关装置Sw1处于第二位置（连接到接地）；在这种配置中，检测电容Ce部分放电到充电/放电电容Cs中，直到在两个电容之间实现电荷平衡。一旦达到平衡，测量检测电极两端的电压Ve（步骤E3）。实际上，所述电压Ve是在接地和第二开关装置Sw2之间测量的，因为电阻器R两端的电势差为零（一旦达到平衡，电流为零，见图3）。

然后，在第四步骤E4中，两个开关装置Sw1、Sw2处于第二位置（连接到接地），并且检测和充电/放电两个电容Ce和Cs完全放电。

在第五步骤（步骤E5）中，第二开关装置Sw2处于第三位置（开路），第一开关装置Sw1处于第一位置（连接到电源电压源Vcc），充电/放电电容Cs和检测电容ce充电。在这种配置中，充电/放电电容Cs和检测电容Ce形成电容分压桥。一旦充电完成，然后测量检测电极两端的电压Ve’（也就是说，在接地和第二开关装置S2之间）；这也由数学关系给出（第六步骤E6）：

。

从在第三步骤E3中预先执行的电极两端的电压的测量值Ve中减去在第六步骤E6中执行的电极两端的电压的新测量值Ve’。这样就得到差值N，它等于：

。

如果使用者M的手接近检测电极E2’，则检测电容Ce增加，因此在第三步骤E3中测量的电极两端的电压Ve增加，而在第六步骤E6中测量的电极两端的电压Ve’降低。因此，当差值N超过预定阈值时，确认手M接近的检测。

当在第三步骤中测量的检测电极两端的电压Ve和在第六步骤E6中测量的电压Ve’之间的差值N大于阈值时，确认接近和/或接触检测，也就是说：

。

这种通过电容传感器检测锁定或解锁意图的方法是本领域技术人员已知的，在此不再详细描述。

本发明提出将检测电极E2’和接地面设置在排水线l上方，并且设备D’还包括至少一个保护电极Ep。

然而，本发明提出将该保护电极Ep以与现有技术相反的特定方式设置在把手10’中。

具体而言，本发明提出将保护电极Ep包含在外壳B’中，在把手10’的下部，位于排水线l下方。换句话说，保护电极Ep部分地位于外壳B’的浸没在渗透水e中的部分中。

保护电极Ep与检测电极E2’和接地面P分离，并且具有保护电容Cep。所述保护电极Ep足够靠近检测电极E2’，以便在保护电容Cep和检测电容Ce之间存在电联接（参见图3）。保护电极Ep的表面积小于检测电极E2’的表面积，保护电极Ep没有连接到电阻器的上游，手接近时保护电容Cep的变化可以忽略，并且在本发明的检测方法中将被忽略。

电联接应理解为是指两个电容Ce和Cep之间的杂散电容联接。

根据本发明，保护电极Ep与充电/放电电容Cs的第一端子同时电连接到第一开关装置Sw1。换句话说，在检测方法的步骤E1至E6期间，保护电容Cep和充电/放电电容Cs的第一端子同时处于相同的电势。这将在下文描述。

现在将描述用于检测锁定/解锁意图的方法。

在第一步骤（步骤E1）中，第一和第二开关装置Sw1、Sw2处于第一位置，也就是说连接到非零电压源Vcc（例如3.3 V）。在该第一步骤中，检测电容Ce充电，充电/放电电容Cs的两个端子处于相同电势，所述充电/放电电容Cs保持放电，并且保护电极处于电源电压Vcc。然后，保护电极Ep起到保护检测电极E2’的电压Vcc不受水e影响的作用。在这种情况下，保护电极Ep避免了检测电极E2’和接地面P’之间通过水e的电势联接，并减小了检测电极E2’的电容，从而不仅加速了检测电极E2’的充电，而且增加了检测电极E2’的检测灵敏度。

在第二步骤（步骤E2）中，第二开关装置Sw2处于第三位置（开路），第一开关装置Sw1处于第二位置（连接到接地）；在这种配置中，检测电容Ce部分放电到充电/放电电容Cs中，直到在两个电容之间实现电荷平衡。一旦达到平衡，测量检测电极两端的电压Ve（步骤E3）。在该第二步骤E2中，保护电极Ep连接到接地。于是，在检测电极E2’和保护电极Ep之间存在弱联接，但是这对于电压Ve的测量只有轻微的影响。

然后，在第四步骤中，两个开关装置Sw1、Sw2处于第二位置（连接到接地），检测和充电/放电两个电容Ce和Cs完全放电，保护电极Ep也连接到接地，这对于所述两个电容Ce和Cs的放电没有影响。

在第五步骤（步骤E5）中，第二开关装置Sw2处于第三位置（开路），第一开关装置Sw1处于第一位置（连接到Vcc），充电/放电电容Cs和检测电容Ce部分充电，直到达到平衡。在这种配置中，充电/放电电容Cs和检测电容Ce形成电容分压桥。一旦充电完成，测量检测电极E2’两端的电压Ve’（步骤E6）；这也由数学关系给出（第六步骤E6）：

。

在第三步骤E3中，从预先执行的测量值Ve中减去电极两端电压的此新测量值Ve’（步骤E7），以获得差值N：

。

在第五步骤（步骤E5）的这种配置中，保护电极Ep连接到电源电压Vcc，并且它再次起到保护检测电极E2’免受水e影响的作用。此外，保护电极Ep减小了检测电容Ce并且有助于加速放电和提高所述电极E2’的检测灵敏度。

如果使用者M的手接近检测电极E2’，则检测电容Ce增加，因此在第三步骤E3中测量的检测电极两端的电压Ve增加，而在第六步骤E6中测量的检测电极两端的电压Ve’降低。当差值N超过预定阈值时，确认手接近的检测（步骤E8）。

当在第三步骤E3中测量的检测电极两端的电压Ve和在第六步骤E6中测量的电压Ve’之间的差值N大于阈值时，确认接近和/或接触检测，也就是说：

。

保护电极Ep的存在不仅能够避免检测电极E2’联接到接地，而且在第一步骤E1中，通过在检测电极E2’充电期间处于充电电势Vcc，能够加速所述电极的充电。

同样，在第五步骤E5中，由于在充电/放电电极Cs和检测电极E2’充电期间保护电极Ep处于充电电势Vcc，所述保护电极Ep减小检测电容Ce，并因此加速所述检测电极E2’的充电。

因此，本发明通过添加连接到与充电/放电电容Cs的端子相同电势的保护电极Ep，巧妙地使得有可能不仅避免保护电极和接地之间通过水的电联接，而且有可能提高检测电极E2’的检测灵敏度，所述保护电极Ep电联接到检测电极并且设置在防水外壳的浸没在已经渗入把手的水中的部分中。

Claims

1.一种用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的检测设备（D’），所述设备（D’）包含在防水外壳（B’）中，集成到非防水把手（10’）中，把手（10’）的下部包括排水孔（t1、t2），排水孔（t1、t2）限定了用于排出渗透到所述外壳（B’）的浸没在水（e）中的部分中的水（e）的排水线（l），所述设备（D’）包括：

·电容式接近和/或接触检测传感器（100），其包括至少一个检测电极（E2’），具有代表使用者的手（M）的接近的可变检测电容（Ce），

·充电/放电电容（Cs），

·微控制器（60’），连接到接地面（P）和电压源（Vcc），其测量检测电容（Ce）的值，

·第一开关装置（Sw1），连接到所述微控制器（60’）和所述充电/放电电容（Cs）的第一端子，

·第二开关装置（Sw2），连接到所述微控制器（60’）、所述充电/放电电容（Cs）的第二端子、和所述检测电极（E2’），

·第一和第二开关装置（Sw1、Sw2）适于对所述检测电容（Ce）和所述充电/放电电容（Cs）进行充电/放电，

所述设备（D’）的特征在于：

·所述检测电极（E2’）和所述接地面（P）设置在所述排水线（l）上方，

并且在于，所述设备还包括：

·至少一个保护电极（Ep），其包含在所述外壳（B’）的浸没在水（e）中的部分中，与所述检测电极（E2’）分离，使得在所述保护电极（Ep）和所述检测电极（E2’）之间存在电联接，所述保护电极（Ep）与所述充电/放电电容（Cs）的第一端子同时电连接到所述第一开关装置（Sw1）。

2.根据前一项权利要求所述的检测设备，其特征在于，所述微控制器（60’）和所述接地面（P）集成到印刷电路板（80）中。

3.一种用于检测使用者锁定或解锁机动车辆车门的意图的方法，包括检测设备（D’），所述设备（D’）包含在防水外壳（B’）中，集成到非防水把手（10’）中，所述把手的下部包括排水孔（t1、t2），所述外壳（B’）的部分浸没在水（e）中，所述设备包括：

·充电/放电电容（Cs），

·电压源（Vcc），

所述方法包括以下步骤：

- 步骤E1：对检测电容（Ce）进行充电，

- 步骤E2：将所述检测电容（Ce）放电到所述充电/放电电容（Cs）中，

- 步骤E3：测量所述检测电极（Ce）两端的电压（Ve），

- 步骤E4：对所述充电/放电电容（Cs）和所述检测电容（Ce）进行放电，

- 步骤E5：同时对所述充电/放电电容（Cs）和所述检测电容（Ce）进行充电，形成电容分压桥，

- 步骤E6：测量所述检测电极（Ce）两端的电压（Ve’），

- 步骤E7：计算在步骤E3中执行的电压（Ve）测量和在步骤E6执行的电压（Ve’）测量之间的差值（N），

- 步骤E8：如果所述差值（N）大于预定阈值（Nth），则确认接近，

所述方法的特征在于：

·在步骤E1之前，将保护电容（Cep）连接在所述充电/放电电容（Cs）的第一端子之间，使得在步骤E1至E6中，所述保护电容（Cep）同时连接到与所述充电/放电电容（Cs）的第一端子相同的电势，所述保护电容（Cep）电联接到所述检测电容（Ce）。

4.一种门把手，其特征在于，它包括根据权利要求1或2中任一项所述的检测设备。

5.一种机动车辆，其特征在于，它包括根据权利要求1或2中任一项所述的检测设备。