CN202439539U - 一种带有电容传感器的车窗玻璃 - Google Patents

Abstract

一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：包括玻璃本体和设置在玻璃本体（13）上沿表面的至少两个电容，其中位于最上部的电容构成主检测电容C1，位于下部的电容构成辅助检测电容C2，所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2作为敏感元件以测量是否有人体的肢体接近或接触车窗玻璃（13）的上沿。该种车窗玻璃可以与检测电路方便的连接，从而实现防夹功能。

Description

一种带有电容传感器的车窗玻璃

技术领域

本实用新型涉及一种用于汽车中电动车窗的带有电容传感器的车窗玻璃。 

背景技术

现有电容式防夹传感技术依据电容电极的设置位置分为以下两大类： 

1、在车窗上部密封区域安装电容检测电极

如专利US6337549、US6377009、US7293467、US20030005775、US6483054、US6389752、US7319301、CN200880114004.5

这类技术使用嵌入玻璃窗上部密封条内的金属电极检测电容变化。当导电体靠近检测电极时，由于电极附近的介电常数发生变化造成电极间的电容改变实现非接触防夹。US6337549在密封条内设中空区域或填充海绵材料增加弹性，当非导电物体进入防夹区域时，车窗上升夹住非导电体，夹力使密封条发生形变，密封条内的检测电极位移造成电容变化实现有限夹力防夹。专利US6377009采用窄脉冲对电容充放电的方法减少水分等外界因素干扰；同时配合位置传感器和电机电流检测电路，使用自适应算法修正由于材质老化和变形等缓慢变化因素造成的系统偏差。

2、在车窗玻璃上部安装电容检测电极 

这类方法使用丝印在玻璃上部的检测电极检测导电物体（如US4453112，国内专利申请号200610060104.7），同时配合位置检测电路，记录正常状态下位置-电容曲线。当某位置电容值超过一定阈值时控制车窗马达带动车窗下降。

上述现有的电容式防夹方法存在以下缺陷：   

（1）开放式的检测电极无法判断物体的方位。由于电场线环绕在检测电极的周围，遇到侧面靠近的导电体如乘员的头部，或者手握侧面的把手时会使检测系统判断失误。

（2）安装在密封条内的电极会因为橡胶老化、温度变化、装配不当、车门形变等产生应力而造成变形，干扰信号检测。 

（3）外界温湿度变化会使介电常数发生改变，对检测电路产生干扰。 

（4）使用带屏蔽层的（类似同轴电缆）的检测导线虽然不受外界环境的影响，但无法实现非接触防夹，同时也存在上述第（2）条描述的缺陷。 

因此，现有各种电容式防夹技术也未被汽车前装市场采用。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种克服现有各种带有电容传感器的车窗玻璃敏感区域方向选择性不强导致的误判问题的带有电容传感器的车窗玻璃。 

按照本实用新型提供的一种带有电容传感器的车窗玻璃，包括玻璃本体和设置在玻璃本体上沿表面的至少两个电容，其中位于最上部的电容构成主检测电容C1，位于下部的电容构成辅助检测电容C2，所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2作为敏感元件以测量是否有人体的肢体接近或接触车窗玻璃的上沿。 

按照本实用新型提供的一种带有电容传感器的车窗玻璃还具有如下附属技术特征： 

在所述玻璃本体上沿的同一表面按一定间距平行设置至少三个呈长条形分布的电容电极，相邻所述电容电极分别构成所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2。

在所述玻璃本体上沿的内表面和外表面的对称位置按一定间距平行设置至少两对长条形分布的电容电极，其中位于最上部的一对所述电容电极构成所述主检测电容C1，位于下部的其余所述电容电极构成所述辅助检测电容C2。 

玻璃本体上沿的一个表面设置一个共用电极，另外一个表面设置有上下分布的两个电极，另外一个表面的上部电极与共用电极构成所述主检测电容C1，另外一个表面的下部电极与共用电极构成所述辅助检测电容C2。 

所述主检测电容C1距离玻璃本体的顶壁的距离为0-5mm，所述主检测电容C1与所述辅助检测电容C2的间距为2mm-10mm，所述电极的宽度为1mm-8mm。 

位于所述玻璃本体内表面的电极引线和外表面的电极引线分别位于玻璃本体的左右两侧；或位于玻璃本体上的电极引线中至少一条位于一侧，其余位于另外一侧。 

所述电极的长度至少覆盖玻璃本体有可能夹住人体的位置。 

所述电极覆盖有绝缘层。 

每条所述电极由多个电极板串接而成；或每条所述电极为折线结构。 

所述电极粘结、印刷、镶嵌或蚀刻在所述玻璃本体上。 

按照本实用新型提供的带有电容传感器的车窗玻璃与现有技术相比具有如下优点：本实用新型由于所述主检测电容C1的两个电极距玻璃的上沿较近，而所述辅助检测电容C2的两个电极距玻璃上沿的距离较远，当人体肢体接近或接触玻璃上沿时，引起主检测电容C1的变化量将远大于辅助检测电容C2的变化量；当人体肢体从侧面接近车窗玻璃上沿附近时，对主检测电容C1和辅助检测电容C2的影响也是基本相等的，而当人体肢体从侧面接近车窗玻璃辅助检测电容C2以下区域时，对辅助检测电容C2的影响将远大于对主检测电容C1的影响，据此，可以区分人体肢体接近或接触车窗玻璃的方向或区域，从而可以克服现有各种带有电容传感器的玻璃本体敏感区域方向选择性不强导致的误判问题。该种车窗玻璃可以与检测电路方便的连接，从而实现防夹功能。 

附图说明

图1是本实用新型设置在玻璃本体内表面的电容电极的示意图。 

图2是本实用新型设置在玻璃本体外表面的电容电极示意图。 

图3是本实用新型设置在玻璃本体内外表面的电容电极剖面示意图。 

图4是本实用新型设置在玻璃本体内外表面的电容电极无人体接近条件下的电场分布示意图。 

图5是本实用新型设置在玻璃本体上下两对电容电极之间在无人体接近条件下的电场分布示意图。 

图6是本实用新型设置在玻璃本体内外表面的电容电极有人体接近条件下的电场分布示意图。 

图7是本实用新型的电路原理示意图。 

图8是本实用新型优选实施例的示意图。 

图9是本实用新型另一种实施例的电容电极示意图。 

图10是图9的电极的电场分布示意图。 

图11是本实用新型中电容电极的形状的第一实施例的示意图。 

图12是本实用新型中电容电极的形状的第二实施例的示意图。 

图13是本实用新型中电容电极的形状的第三实施例的示意图。 

图14是本实用新型中电极引线的走向的第一实施例的外表面的示意图。 

图15是本实用新型中电极引线的走向的第一实施例的内表面的示意图。 

图16是本实用新型中电极引线的走向的第二实施例的外表面的示意图。 

图17是本实用新型中电极引线的走向的第二实施例的内表面的示意图。 

图18是本实用新型中电极引线的走向的第三实施例的外表面的示意图。 

图19是本实用新型中电极引线的走向的第三实施例的内表面的示意图。 

图20是本实用新型中电容电极第四实施例的示意图。 

图21是本实用新型中电容电极第四实施例的电场分布示意图。 

图22是本实用新型中电容电极第四实施例的有人接近条件下的电场分布示意图。 

图23是本实用新型中电容电极第四实施例的引线走向示意图。 

图24是本实用新型中电容电极第四实施例的电路原理图。 

图25是本实用新型中电容电极第五实施例的示意图。 

具体实施方式

本实用新型的测量原理如下： 

电容的基本原理是：如不考虑电容的边缘效应均匀介质电容的电容量为

             C=ε·S/d

式中，ε为极板间介质的介电常数，ε=ε0·εr, ε0为真空中的介电常数，ε0=8.854·10^-12F/m, εr是介质相对真空的介电常数，空气的相对介电常数εr≈1，其它介质εr>1;S为极板的面积；d为极板的间距。

由于被测量的变化引起电容式传感器有关参数ε、S、d的变化，使电容量C随之变化。 

本实用新型的测量原理如图4所示，电极1和电极2组成了主检测电容C1，电极3和电极4组成了辅助检测电容C2，从电场线分布可以看出，主检测电容C1和辅助检测电容C2之间的介质由两部分组成：一部分是电容两个极板之间的玻璃，另一部分是电容两极板附近的空气，因此主检测电容C1和辅助检测电容C2的介电常数是所述两部分介质的平均介电常数。空气的介电常数约为1、玻璃的介电常数约为4，水的节点常数约为80，而人体的含水量高达70%，人体的介电常数约为60.若有人体接近玻璃本体的上沿14方向时，主检测电容C1和辅助检测电容C2的平均介电常数将显著增大，但由于人体距检测主检测电容C1的距离较近距辅助检测电容C2的距离较远，因此主检测电容C1的电容量变化显著大于辅助检测电容C2的电容量变化；若当人体从玻璃本体13侧面接近主检测电容C1和辅助检测电容C2时，由于人体距主检测电容C1和辅助检测电容C2的距离差别不大，由此引起的主检测电容C1和辅助检测电容C2的电容量变化基本相等；若人体从辅助检测电容C2的下方接近玻璃本体13侧面，由于人体距辅助检测电容C2的距离小于主检测电容C1，由此引起的辅助检测电容C2的电容量变化会显著大于主检测电容C1的电容量变化。基于上述讨论可以看出通过主检测电容C1和辅助检测电容C2的电容量变化的大小可以判断是否有人体接近玻璃本体上沿14附近，同时可以准确判断人体接近区域的方向。 

另外，由温度变化或附着在玻璃本体上的雨水、雾水、雪水等环境因素引起的主检测电容C1和辅助检测电容C2的电容量变化基本是相等的，据此，可以消除上述环境变化因素引起的影响。 

在阐述了本实用新型的实用新型原理后，下面给出利用本原理对汽车带有电容传感器的车窗玻璃的结构进行阐述。 

参见图1至图11，按照本实用新型提供的一种带有电容传感器的车窗玻璃，包括玻璃本体13和设置在玻璃本体13的上沿14的内表面和外表面的对称位置按一定间距平行设置的两对长条形电容电极1、2、3、4，其中位于最上部的内外一对所述电极1、2构成主检测电容C1，位于下部的内外一对所述电极3、4构成辅助检测电容C2，所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2作为敏感元件以测量是否有人体的肢体接近或接触玻璃本体的上沿14，所述主检测电容和所述辅助检测电容由于人体接近产生的电容量变化信号传输到外部的传感器检测电路，所述传感器检测电路依据检测到的所述主检测电容和所述辅助检测电容的变化信号产生控制电动车窗升降电机动作的控制信号。本实用新型中的电极也可以设置多对，比如三对或四对。但位于最顶部的一对电极为主检测电容，其他的构成辅助检测电容。其中在本实用新型中所谓的主检测电容为对位于玻璃本体13上方最为敏感的电容，辅助检测电容主要是为了消除干扰或进行方向判断而设置的，即通过主检测电容与辅助检测电容的差分运算获得控制信号。当依据主检测电容C1和辅助检测电容C2的变化信号判断出有人体肢体接近或接触玻璃本体的上沿14时，无需检测压力即可控制电机停止或反向运动以实现零夹力防夹的目的。本实用新型中所称的玻璃本体的上沿指的是玻璃本体露置在外的边，也可以称为玻璃前进方向的边，即有可能夹到人的位置。其中对于车门的玻璃本体指的是玻璃顶部的边，而对于天窗玻璃的上沿则指的是玻璃的前部边沿，该边沿是能够夹到人的位置。 

参见图3，在本实用新型给出的上述实施例中，所述主检测电容C1距玻璃本体13的顶壁的距离为0-5mm，优选方案为0-2mm，具体数值可以选择为1mm、2mm、3mm等。所述主检测电容C1与所述辅助检测电容C2的间距为2mm-10mm，优选方案为2mm-4mm，具体数值可以选为2mm、3mm、4mm，5mm，7mm和9mm等。所述电极的宽度为1mm-8mm，优选方案为1mm-3mm，具体数值可以选为1mm、2mm、3mm、5mm和7mm等。上述尺寸范围能够更好的满足本实用新型的需要，这因为所述主检测电容C1距离玻璃本体的顶壁太远，则会影响其检测精度。而所述主检测电容C1与所述辅助检测电容C2的间距太大，则会影响两者对干扰信号的同步感应，进而影响其检测精度。而所述电极的宽度则使其形成的电容磁场分布更好，也更为合理，能够满足本实用新型的测量需要。所述电极的长度至少覆盖玻璃本体13有可能夹住人体的位置，从而能够防止玻璃本体上的死角，该范围一般是指玻璃本体前进方向的端部。所述电极覆盖有绝缘层9，所述绝缘层9起到保护的作用，同时，也能够进一步的消除干扰，防止磨损。 

参见图7，在本实用新型给出的上述实施例中，所述传感器检测电路包括一激励信号发生器22、两路模拟滤波电路18、19、一模数转换电路23和一微控制器24，所述激励信号发生器22分别接入所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2的其中一个电极1、3，所述主检测电容C1和辅助检测电容C2的另一个电极2、4分别接入所述模拟滤波电路18、19，并通过所述模数转换电路23将所述主检测电容和所述辅助检测电容的变化信号分别转换成数字信号，所述微控制器24依据接收到的数字信号通过软件算法产生控制电动车窗升降电机25的控制信号。本实用新型中的模拟滤波电路设置的路数与主检测电容和辅助检测电容的数量相同，即每个检测电容设置有一路模拟滤波电路，并且模数转换电路23为多道模数转换电路，其与模拟滤波电路的数量相同，即分别对每路的模拟滤波电路进行模数转换。本实用新型中的激励信号发生器22能够产生激励信号，该激励信号可以为正弦波、方波等。所述模拟滤波电路18、19能够对模拟信号进行预处理，使其能够进行模数转换。而所述模数转换电路23则对模拟信号转换成数字信号。微控制器24对数字信号进行处理，产生控制信号，控制信号可以直接驱动电动车窗的电机，也可以传输至车载电脑中，由车载电脑控制。所述激励信号发生器22、模数转换电路23和微控制器24均可以采用较为成熟的集成电路实现，对其原理图此处不再赘述。而所述模拟滤波电路18、19的构成如图中所示，当然，也可以根据实际情况，对其具体结构做适当修改，但其主要功能是实现对模拟信号的预处理，使其能够满足数模转换。 

参见图7，在本实用新型给出的上述实施例中，每路所述模拟滤波电路18、19中至少包含一个与所述主检测电容C1或所述辅助检测电容C2相串联的串联滤波电容C3和C4。即所述主检测电容C1相连接的所述模拟滤波电路18中串联一个串联滤波电容C3，另外一路与所述辅助检测电容C2相连接的模拟滤波电路19中串联一个串联滤波电容C4。其作用是抑制低频干扰信号和由温度变化引起的缓慢变化信号。 

参见图7，在本实用新型给出的上述实施例中，每路所述模拟滤波电路18、19中至少包含一个对地并联的并联滤波电容C5和C6。其作用是旁路高频干扰信号。 

参见图7，在本实用新型给出的上述实施例中，所述激励信号发生器与所述主检测电容之间至少包含一个接地的并联滤波电容C7，所述激励信号发生器与所述辅助检测电容之间至少包含一个接地的并联滤波电容C8。其作用是旁路激励信号上的高频干扰信号。 

如图1、图2和图3所示，在尽可能靠近玻璃本体的上沿14处玻璃的内、外表面对称位置分别设置长条形电极1和2，长条形电极1和2的宽度相同，度应覆盖玻璃本体13的上沿14有可能夹住人体的任何位置，电极1和2形成主检测电容C1，电极1通过设置在玻璃内表面的导线5从玻璃的右边引到玻璃的下沿15附近，电极2通过导线6从玻璃的左边引到玻璃的下沿15附近；在距电极1和2的下方3mm处玻璃的内、外表面对称位置分别设置长条形电极3和4，长条形电极3和4的宽度相同，电极3和4应分别与电极1和2保持平行，电极3和4形成辅助检测电容C2，电极3通过设置在玻璃内表面的导线7从玻璃的右边引到玻璃的下沿15附近，电极4通过导线8从玻璃的左边引到玻璃的下沿15附近。 

本实用新型的测量原理如图7所示，激励信号发生器22产生的方波激励信号（激励信号可以是方波或正弦波）分别给主检测电容C1和辅助检测电容C2施加激励信号，主检测电容C1和辅助检测电容C2的另一端输出的信号分别通过各自的模拟滤波电路18、19和滤波后，再通过双通道模数转换电路23转换成数字信号，转换后的两路数字信号同时进入微控制器24，微控制器24依据接收到的C1和辅助检测电容C2的数字变化信号，通过防夹软件算法形成控制升降电机25的控制信号，控制玻璃本体13的升降动作。 

防夹软件算法的基本控制策略是，第一，在接到升起玻璃开关信号时，先判断是否有人体接近或接触玻璃本体的上沿14，若有则禁止电机启动；第二，若玻璃本体13正在上升过程中判断出突然有人体接近或接触玻璃本体的上沿14则立即使电机反转，使玻璃立即下降到底。软件实现上述控制策略即可实现零夹力防夹。 

以下结合附图说明利用本实用新型提供的方法制造的零夹力防夹传感器的优选实施例： 

采用银浆丝印的工艺分别在玻璃本体13内、外表面上印刷组成主检测电容C1和辅助检测电容C2的电极1、2、3、4和导线5、6、7、8。电极1、2、3、4的宽度为2mm，导线5、6、7、8的宽度为1mm，电极1、2与电极3、4的间距分别为3mm，电极1、2距车窗上边沿的距离为0.5mm。采用丝印工艺在电极1、2、3、4和导线5、6、7、8上再丝印一层由油墨制成的绝缘层9，丝印绝缘油墨的目的是防止有雨水时导致电极间相互短路。丝印后再采用高温烘烤工艺将丝印的电极融入玻璃本体13表面以提高电极和绝缘层的附着力和耐摩擦力。在玻璃本体13的下沿15附近安装传感器检测电路32通过可伸缩导线33传感器检测电路的输出控制信号连接至车窗升降电机。

试验表明，该实施例的防夹传感器可以实现零夹力防夹的功能并具有很高的可靠性。 

本实用新型所述的电极1、2、3、4和导线5、6、7、8还可以采用粘贴、刻蚀、镶嵌、印刷等工艺设置，电极的材料可以是任意导电材料。 

参见图16和图17，给出了本实用新型电极引线另外一种引线方式，位于玻璃本体13上的电极引线中至少一条位于一侧，其余位于另外一侧。其中主检测电容的外表面电极引线位于右侧，内表面电极引线位于下部左侧，辅助检测电容的外表面和内表面电极引线均位于下部左侧。当然，也可以位于右侧，参见图14和图15。 

参见图18和图19，给出了本实用新型电极引线的再一种引线方式，即可以将所有电极引线在玻璃本体13的同一侧引出。为了提供信号传输的质量，可以在引线处进行屏蔽处理。 

参见图12，给出了本实用新型电极的不同构成方式，本方式是每条所述电极由多个电极板串接而成。参见图13，每条所述电极为折线结构，这种结构类似于城墙的结构，当然也可以是曲线。 

参见图9和图10，本实用新型给出的电极分布的另外一种方式，玻璃本体的上沿14的一个表面设置一个共用电极，另外一个表面设置有上下分布的两个电极，另外一个表面的上部电极与共用电极构成所述主检测电容，另外一个表面的下部电极与共用电极构成所述辅助检测电容。本实施例中，可以通过设置三个电极来构成两个电容，其中共用电极与激励信号发生器相连接，输入激励信号。 

参见图20至图24，在本实用新型给出的电容电极分布的第四种实施例中，在玻璃本体13上沿14的同一表面按一定间距平行设置至少三个呈长条形分布的电容电极1、2、3，相邻所述电容电极分别构成所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2。这里所谓的相邻所述电容电极，对于三个电极而言是指电极1和电极2，电极2和电极3，其中电极2为共用电极；对于四个电极而言，如图25给出的第五种实施例，电容电极为1、2、3、4，则电极1和电极2，电极3和电极4构成所谓的相邻电容电极。对于其他数量的电容电极，则最上部的相邻两个电极构成所述主检测电容C1，其余位于下部的相邻电极之间可以形成多对所述辅助检测电容C2。因此，这里的相邻所述电容电极主要是指相邻的电极形成需要的检测电容，对于多条电极可以根据需要选择合适的电极构成相应的检测电容。 

本实施例与前述实施例的主要区别在于，将所有的电容电极设置在玻璃本体的同一表面上，这种设置方式利于将电容电极直接加工在玻璃本体上，使得加工工艺更加简单方便，后期使用时，只需要将传感器检测电路与电极连接即可完成安装。在本实施例中，电容电极是安装在玻璃本体的内表面上。 

参见图23，本实施例中电容电极的引线走向分别位于玻璃本体同一表面的两侧，从而能够减少相互之间的干扰。 

参见图24，本实施例的电路原理图是针对三个电容电极而设置，该电路原理图与图7所给出的电路原理图主要差别在于激励信号发生器22只是与共用电极相连接，其他的结构与图7的实施例完全相同。 

Claims (10)

1.一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：包括玻璃本体和设置在玻璃本体（13）上沿表面的至少两个电容，其中位于最上部的电容构成主检测电容C1，位于下部的电容构成辅助检测电容C2，所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2作为敏感元件以测量是否有人体的肢体接近或接触车窗玻璃（13）的上沿。

2.如权利要求1所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：在所述玻璃本体（13）上沿的同一表面按一定间距平行设置至少三个呈长条形分布的电容电极，相邻所述电容电极分别构成所述主检测电容C1和所述辅助检测电容C2。

3.如权利要求1所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：在所述玻璃本体（13）上沿的内表面和外表面的对称位置按一定间距平行设置至少两对长条形分布的电容电极，其中位于最上部的一对所述电容电极构成所述主检测电容C1，位于下部的其余所述电容电极构成所述辅助检测电容C2。

4.如权利要求1所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：玻璃本体（13）上沿（14）的一个表面设置一个共用电极，另外一个表面设置有上下分布的两个电极，另外一个表面的上部电极与共用电极构成所述主检测电容C1，另外一个表面的下部电极与共用电极构成所述辅助检测电容C2。

5.如权利要求1所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：所述主检测电容C1距离玻璃本体（13）的顶壁的距离为0-5mm，所述主检测电容C1与所述辅助检测电容C2的间距为2mm-10mm，所述电极的宽度为1mm-8mm。

6.如权利要求2或3或4所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：位于所述玻璃本体（13）内表面的电极引线和外表面的电极引线分别位于玻璃本体（13）的左右两侧；或位于玻璃本体（13）上的电极引线中至少一条位于一侧，其余位于另外一侧。

7.如权利要求2或3或4所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：所述电极的长度至少覆盖玻璃本体（13）夹住人体的位置。

8.如权利要求2或3或4所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：所述电极覆盖有绝缘层（9）。

9.如权利要求2或3或4所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：每条所述电极由多个电极板串接而成；或每条所述电极为折线结构。

10.如权利要求2或3或4所述的一种带有电容传感器的车窗玻璃，其特征在于：所述电极粘结、印刷、镶嵌或蚀刻在所述玻璃本体（13）上。

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