DE10108354A1

DE10108354A1 - Schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung

Info

Publication number: DE10108354A1
Application number: DE2001108354
Authority: DE
Inventors: Helmut Sandau; Bernd Gerdes
Original assignee: Kiekert AG
Current assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: DE10108354B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung für insbesondere Kraftfahrzeuge. Diese verfügt in ihrem grundsätzlichen Aufbau über einen bedienerspezifischen Datenträger (1), welcher zur Beaufschlagung einer Tür, Klappe oder dergleichen des Kraftfahrzeuges von einer kraftfahrzeugseitigen Steuereinheit (2) abgefragt wird. Ferner verfügt die erfindungsgemäße Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung über einen kapazitiven Sensor (3), welcher bei Annäherung des Bedieners die Datenabfrage startet. Dabei wird der Start der Datenabfrage durch Abstandsänderungen von Elektroden (3a, 3b) des kapazitiven Sensors (3) hervorgerufen.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung für insbesondere Kraftfahr zeuge, mit einem bedienerspezifischen Datenträger, welcher zur Beaufschlagung einer Tür, Klappe oder dergleichen des Kraftfahrzeuges von einer kraftfahrzeugseitigen Steuerein heit auf seine Berechtigung hin abgefragt wird, und mit einem kapazitiven Sensor, welcher bei Annäherung des Be dieners die Datenabfrage startet.

Solche schlüssellosen Betätigungs- und/oder Schließeinrich tungen arbeiten üblicherweise dergestalt, dass von der kraftfahrzeugseitigen Steuereinheit nach Auslösen des (kapazitiven) Sensors der bedienerspezifische Datenträger abgefragt wird. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die betreffende Steuereinheit mit dem Datenträger einen Daten austausch beginnt und auf diese Weise die vom Datenträger gelieferten Daten mit den in der elektrischen Steuereinheit gespeicherten Kennungsdaten vergleicht (vgl. DE 196 17 038 C2).

Ein zutrittswilliger Bediener muss also nicht mehr über einen zu einem Schließzylinder passenden Schlüssel ver fügen. Vielmehr entriegelt ihm sein bedienerspezifischer Datenträger schlüssellos das betreffende Kraftfahrzeug (keyless entry).

Um den betreffenden Datenaustausch bzw. die Datenabfrage zwischen Steuereinheit und bedienerspezifischem Datenträger zu starten, schlägt die gattungsbildende Lehre nicht nur einen kapazitiven Sensor vor, sondern auch, dass mindestens eine Elektrode des kapazitiven Sensors in die Handhabe integriert ist, wobei eine zweite Elektrode des kapazitiven Sensors im Bereich der Handhabe türseitig als Bestandteil der Türblechkonstruktion angeordnet ist.

Hierdurch wird zwischen den beiden vorgenannten Elektroden ein elektrisches Feld aufgebaut. Die Kapazität des solcher maßen gebildeten Kondensators zwischen den beiden Elektro den lässt sich vom Dielektrikum einer in den Bereich des elektrischen Feldes gelangenden menschlichen Hand verändern und damit sensieren. Anders ausgedrückt, wird ein Konden sator durch die beiden Elektroden, einerseits in der Hand habe, andererseits im Türblech zur Verfügung gestellt, dessen Kapazität sich ändert, wenn eine menschliche Hand zwischen den beiden Elektroden eingeführt wird. Denn durch diesen Vorgang variiert die relative Dielektrizitätskon stante des gebildeten Kondensators und somit seine Kapazi tät, die wiederum gemessen und für die Auslösung der Daten abfrage ausgewertet werden kann.

Die bekannten Maßnahmen haben sich zwar grundsätzlich be währt, können jedoch durch Modifikation sowohl der Handhabe als auch der Türblechkonstruktion vereinfacht ausgeführt werden. Das ist aufwendig. Außerdem ist die Bedienung nicht sehr komfortabel, weil die Hand eines zutrittswilligen Be nutzers immer zwischen Handhabe und Türblech gebracht werden muss, um einen einwandfreien Start der Datenabfrage definieren zu können. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung der eingangs beschriebenen Ausgestaltung so weiter zu bilden, dass bei einfachem und kostengünstigem Aufbau eine komfor table Bedienung gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen schlüssellosen Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung vor, dass der Start der Datenabfrage zwischen der kraftfahrzeugseitigen Steuereinheit und dem bedienerspezifischen Datenträger durch Abstands- und/oder Flächenänderungen von Elektroden des kapazitiven Sensors hervorgerufen wird. Im Gegensatz zu der vorbeschriebenen Vorgehensweise werden also nicht Änderungen der relativen Dielektrizitätskonstante ausgewertet, sondern vielmehr Ab standsänderungen oder Flächenänderungen der Elektroden des nach wie vor kapazitiven Sensors. Selbstverständlich werden auch Abstandsänderungen und Flächenänderungen erfindungsge mäß erfasst.

Das erreicht die Erfindung im Detail dadurch, dass die Elektroden des kapazitiven Sensors einerseits als Leit fähigkeitselektrode und andererseits als sich der Leit fähigkeitselektrode nähernder menschlicher Körper ausge bildet sind. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass der menschliche Körper in der Regel gegenüber Massepotential oder Erdpotential eine Kapazität von einigen 100 pF aufweist und über das Masse- bzw. Erdpotential einen geschlossenen elektrischen Stromkreis mit der Leitfähig keitselektrode bildet. Die Erfindung macht also von der Kirchoff'schen-Regel Gebrauch, wonach in einem geschlosse nen Stromkreis die Summe aller Spannungsabfälle in einzel nen Maschenelementen gleich Null ist, solange man die Masche im gleichen Sinne durchläuft.

Durch diesen geschlossenen Kreislauf werden elektrische Feld- und damit Ladungs- und Kapazitätsänderungen an der Leitfähigkeitselektrode sensiert, sobald sich beispiels weise eine menschliche Hand eines zutrittswilligen Be dieners der Leitfähigkeitselektrode nähert. Denn diese Hand lässt sich gegenüber der (geladenen) Leitfähigkeitselek trode als Gegenelektrode mit hiervon abweichender Ladung auffassen. Infolgedessen bildet sich zwischen Leitfähig keitselektrode und Hand ein elektrisches Feld, wobei die beim Laden des solchermaßen erzeugten Kondensators verrich tete Arbeit im Kondensator als elektrische Feldenergie ge speichert ist.

Nähert sich nun die Hand als Gegenelektrode der eigent lichen Leitfähigkeitselektrode, so wird ein Teil der ge speicherten elektrischen Feldenergie durch die damit ver bundene mechanische Arbeit frei und führt zu einer teil weisen Entladung der Leitfähigkeitselektrode, die als (minimaler) elektrischer Stromfluss ausgewertet werden kann. Diese Abstandsänderungen der Elektroden korrespon dieren zu Kapazitätsänderungen des zugehörigen Kondensators im einstelligen pF-Bereich und lassen sich problemlos und einfach auswerten. Hierzu können periodische Lade-/Ent ladevorgänge des betreffenden Kondensators initiiert und hinsichtlich dessen (variierender) Kapazität ausge wertet werden, wie dies in der US 5 730 165 im Detail be schrieben wird.

Üblicherweise wird die Leitfähigkeitselektrode dielektrisch isoliert in einem Handgriff oder einer Handhabe einer zuge hörigen Kraftfahrzeugtür angeordnet. Das ist jedoch nicht zwingend, weil die Leitfähigkeitselektrode natürlich auch Bestandteil der Kraftfahrzeugkarosserie im Ganzen sein kann.

Um das von der Leitfähigkeitselektrode und den dort ver sammelten Ladungsträgern ausgehende elektrische Feld zu bündeln, sieht die Erfindung ferner vor, dieses elektrische Feld zur Kraftfahrzeugaußenseite oder -innenseite hin zu richten und gegebenenfalls abzuschirmen. Das hängt davon ab, ob Annäherungen eines Bedieners an den Handgriff per se zur Auslösung des beschriebenen Dialogs ausgewertet werden sollen oder - wie in der DE 196 17 038 C2 beschrieben - erst die zwischen Handgriff und Türblech eingeführte Hand die Datenabfrage starten soll. Beides ist im Rahmen der er findungsgemäßen Lehre möglich, so dass sich enorme Varia tionsmöglichkeiten ergeben.

Schließlich kann noch ein weiterer Sensor zum Sichern des Fahrzeuges vorgesehen sein. Dieser lässt sich durch Vorbei streichen einer Hand des Bedieners auslösen, wie dies grundsätzlich in der DE 196 17 038 C2 beschrieben ist.

Immer wird eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung für insbesondere Kraftfahrzeuge zur Ver fügung gestellt, die sich durch besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet. Denn letztlich erfor dert die beschriebene Vorrichtung lediglich die Realisie rung einer irgendwo angebrachten Leitfähigkeitselektrode in Kombination mit einer zugehörigen Auswerteelektronik, die vorteilhaft als einziger Chip ausgebildet ist. Die Unter- und Anbringung zweier Elektroden, wie sie der Stand der Technik für unverzichtbar hält, ist also ausdrücklich nicht erforderlich. Das hat ergänzend natürlich enorme Komfort verbesserungen zur Folge, weil der Bediener nicht an irgendwelche Handlungsabläufe gebunden ist. Es reicht viel mehr aus, dass er (oder seine Hand) sich dem zu öffnenden Kraftfahrzeug nähert. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließ einrichtung mit ihren wesentlichen Bestandteilen,

Fig. 2 die zugehörige Sensorelektronik,

Fig. 3 die Leitfähigkeitselektrode im Detail in verschie denen Ausgestaltungen,

Fig. 4 den Gegenstand nach Fig. 1 in Detailansicht in einer ersten Variante und

Fig. 5 den Gegenstand nach Fig. 4 in abgewandelter Ausfüh rungsform.

In der Fig. 1 ist eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung in ihrem grundsätzlichen Aufbau darge stellt. Man erkennt einen zutrittswilligen Bediener, wel cher beispielsweise in einer Tasche einen bedienerspezi fischen Datenträger 1 trägt. Dieser bedienerspezifische Datenträger 1 wird von einer kraftfahrzeugseitigen Steuer einheit 2 auf die Zutrittsberechtigung der betreffenden Person hin abgefragt. Zu diesem Zweck läuft zumeist ein bi direktionaler Datenaustausch auf elektromagnetischem Weg (d. h. drahtlos) zwischen bedienerspezifischem Datenträger 1 und kraftfahrzeugseitiger Steuereinheit 2 ab, wie dies allgemein bekannt ist und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Um den vorerwähnten Datenaustausch zu initiieren, ist ein kapazitiver Sensor 3 vorgesehen, welcher bei Annäherung des Bedieners die Datenabfrage startet. Dieser kapazitive Sen sor 3 verfügt über zwei Elektroden, nämlich eine Sensor elektrode bzw. Leitfähigkeitselektrode 3a einerseits und eine Hand oder ein anderes sich der Leitfähigkeitselektrode 3a näherndes Teil 3b des menschlichen Körpers andererseits. Bei diesem Teil 3b handelt es sich im Rahmen des Ausfüh rungsbeispiels um die ausgestreckte Hand 3b des betreffen den Bedieners.

Das Annähern der Hand 3b und damit der zugehörigen Elekt rode 3b in Richtung auf die Leitfähigkeitselektrode 3a wird mit Hilfe einer Sensorelektronik 4 ausgewertet, die im De tail in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Sensorelektronik 4 steht über eine Zuleitung 5 mit der Leitfähigkeitselektrode 3a in Verbindung, die ihrerseits in einen Handgriff bzw. eine Handhabe 6 eingebettet ist. Mit Hilfe dieses Hand griffes bzw. der Handhabe 6 lässt sich eine zugehörige Kraftfahrzeugtür 7 öffnen, von welcher nur ein Teil dar gestellt ist. Zuvor muss jedoch ein die Kraftfahrzeugtür 7 verriegelndes Schloss entriegelt werden, was im Anschluss an die positive Datenabfrage zwischen bedienerspezifischem Datenträger 1 und kraftfahrzeugseitiger Steuereinheit 2 er folgt.

Im Detail genügt bekanntlich die Kapazität C des Konden sators 3a, 3b der Beziehung:

mit ε der Dielektrizitätskonstante, F der Fläche einer Platte des Kondensators und a dem Abstand der Platten. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Abstand a zwischen den beiden Elektroden 3a, 3b und/oder deren Fläche F variiert, so dass sich die Kapazität des Kondensators 3a, 3b ent sprechend der angegebenen Vorschrift ändert, und zwar zu meist im pF-Bereich. Dabei hat sich ein Ansprechabstand von ca. 30 mm zwischen Leitfähigkeitselektrode 3a und Hand 3b (oder anderem angenäherten Körperteil des Bedieners bzw. der Bedienperson) als vorteilhaft erwiesen.

Die vorerwähnten im pF-Bereich werden von der Sensor elektronik 4 gemessen, die als elektronischer Schaltkreis ausgeführt ist und im Rahmen des Ausführungsbeispiels kapa zitiv an das Massepotential bzw. Erdpotential 8 gekoppelt ist. Hierzu dient eine Verbindungsleitung 9. Auch die Be dienperson ist mit dem Masse- bzw. Erdpotential 8 kapazitiv gekoppelt, was durch jeweils angedeutete Kondensatoren C₂, C₃ im Vergleich zum Kondensator C₁, gebildet durch die Elektroden 3a, 3b, angedeutet ist.

Auf diese Weise entsteht ein geschlossener elektrischer Stromkreis, so dass Kapazitätsänderungen des Kondensators C₁ problemlos mit Hilfe der Sensorelektronik 4 ausgewertet werden können. Hierzu dienen periodische Lade-/Entladevor gänge des Kondensators 3a, 3b bzw. der Leitfähigkeits elektrode 3a, die die Sensorelektronik 4 überwacht, auslöst und auswertet.

Die Elektrode 3a bzw. Leitfähigkeitselektrode 3a mag als Gitter- oder Flächenelektrode ausgeführt sein und bediener seitig mit einem Dielektrikum zur Isolierung belegt sein. Zusätzlich sind Abschirmungen denkbar, wie sie in Fig. 3 im rechten Teil zu erkennen sind. Hierdurch wird gewähr leistet, dass sich die auf der Leitfähigkeitselektrode 3a befindlichen Ladungen ein vom Kraftfahrzeug bzw. der Kraft fahrzeugtür 7 weg gerichtetes elektrisches Feld formen. Dazu dienen geerdete Abschirmbleche 10.

Ein Kondensator C₄ sorgt für eine Glättung des eingangs seitigen Signals von der Leitfähigkeitselektrode 3a. Mit dessen Hilfe kann das Ansprechverhalten verändert werden. Ein Sensor 11 dient zum Sichern (Verriegeln) des Fahr zeuges. Dieser lässt sich beispielsweise durch Vorüber streichen einer Hand des Bedieners auslösen.

Im Rahmen der Fig. 4 erkennt man die Leitfähigkeits elektrode 3a, angeordnet in der Handhabe 6 in Aufsicht. Diese Handhabe 6 dient bekanntermaßen zur Öffnung der Kraftfahrzeugtür 7. In Folge einer Abschirmung 10, die bei spielsweise auf Masse- oder Erdpotential 8 liegt, bilden sich zugehörige Feldlinien von der Leitfähigkeitselektrode 3a ausgehend lediglich in Richtung auf die Kraftfahrzeugtür 7 aus. Dementsprechend muss in diesem Fall die Gegen elektrode in Gestalt der Hand 3b regelmäßig in den Bereich zwischen Handgriff 6 und Kraftfahrzeugtür 7 gebracht wer den, um den gewünschten Effekt zu erzielen.

Die zugehörige Sensorelektronik 4 ist - wie die Leitfähig keitselektrode 3a - in den Handgriff bzw. die Handhabe 6 eingebettet. Sie passt sich der Umgebung an, ist also als intelligente Elektronik ausgeführt. Hierunter versteht der Erfindungsgedanke, dass insbesondere Änderungen der Kapazi täten C₂ und C₃ entsprechend Fig. 1 fortlaufend Berücksich tigung finden. Das heißt nichts anderes, als dass bei spielsweise die Ankopplung der Sensorelektronik 4 wie auch der Bedienperson an das Massepotential 8 naturgemäß Schwan kungen schon aufgrund des Wetters und der damit verbundenen Luftfeuchte unterworfen ist. Diesen Variationen trägt die Sensorelektronik 4 Rechnung. Das gelingt im Kern dadurch, dass die Kapazitäten C₂ und C₃ natürlich auch Einfluss auf die gemessene Kapazität C₁ haben. Deren Änderungen spielen sich jedoch - im Vergleich zur Annäherung einer Bedien person - auf ganz anderen (längeren) Zeitskalen ab und können demzufolge von den Annäherungen der Hand 3b an die Leitfähigkeitselektrode 3a unterschieden werden.

Bei dem Sensor 11 handelt es sich im Rahmen der Ausfüh rungsbeispiele nach den Fig. 4 und 5 um einen Annäherungs sensor. Selbstverständlich kann an dieser Stelle auch ein Taster zum Einsatz kommen. Im Rahmen der dargestellten Variante ist der Sensor 11 jedoch ähnlich ausgeführt und aufgebaut, wie die Leitfähigkeitselektrode 3a. Das deutet das von dem Sensor 11 ausgehende elektrische Feld nach Fig. 4 an, welches - wie bei der Leitfähigkeitselektrode 3a - von darauf befindlichen freien elektrischen Ladungen her vorgerufen wird.

Eine Annäherung beispielsweise der Hand 3b an den Sensor 11 wird in vergleichbarer Weise von einer zugehörigen zweiten Sensorelektronik 12 ähnlich ausgewertet, wie dies bereits die erste Sensorelektronik 4 vornimmt. Sobald eine Annähe rung detektiert wird, geben die entsprechenden Elektroniken 4, 12 ein Ausgangssignal an die kraftfahrzeugseitige Steuereinheit 2 ab. Das geschieht zumeist drahtgebunden über in den Fig. 4 und 5 lediglich angedeutete strich punktierte Zuleitungen von der Handhabe 6 zur Kraftfahr zeugtür 7. Selbstverständlich ist auch eine drahtlose Kommunikation zwischen den Elektroniken 4, 12 und der Steuereinheit 2 denkbar. Auch liegt es zweifellos im Rahmen der Erfindung, beide Elektroniken 4, 12 zu einer Einheit zusammenzufassen. Schließlich können grundsätzlich auch beide Sensoren 3a, 11 eine Einheit bilden.

Darüber hinaus eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, zwischen einem simplen Entriegeln eines zugehörigen Tür schlosses und damit der Kraftfahrzeugtür 7 und einem elektrischen Öffnen des Schlosses bzw. der Kraftfahrzeugtür 7 zu unterscheiden. Zum Entriegeln des Türschlosses genügt in der Regel die beschriebene Annäherung der Hand 3b an die Leitfähigkeitselektrode 3a. Soll nun zusätzlich noch das Türschloss elektrisch geöffnet und ferner ggf. die Tür aus gestellt werden, so lässt sich dies dadurch realisieren, dass im Anschluss an die Annäherung der Hand 3b diese über die Leitfähigkeitselektrode 3a streicht, so dass zwei unterschiedliche Signale ausgewertet und getrennt vonein ander verarbeitet werden können.

Im Rahmen der Variante nach Fig. 5 sorgt eine zwischen der Leitfähigkeitselektrode 3a und dem Sensor 11 befindliche Abschirmung 10 dafür, dass die von beiden Einrichtungen 3a, 11 jeweils ausgehenden elektrischen Felder entgegengesetzt gerichtet sind, und zwar einerseits in Richtung auf die Kraftfahrzeugtür 7 (Leitfähigkeitselektrode 3a) und ande rerseits entgegengesetzt gerichtet hierzu (Sensor 11). Bei der Abschirmung 10 bzw. einem zugehörigen Abschirmblech 10 kann es sich sowohl um eine Metallplatte als auch eine Kunststofffolie mit Metallbeschichtung oder auch eine simple Metallfolie handeln, die problemlos in die zumeist als Kunststoffspritzgussteil ausgeführte Handhabe 6 einge bracht werden kann.

Claims

1. Schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung für insbesondere Kraftfahrzeuge, mit
einem bedienerspezifischen Datenträger (1), welcher zur Beaufschlagung einer Tür, Klappe oder der gleichen des Kraftfahrzeuges von einer kraftfahr zeugseitigen Steuereinheit (2) abgefragt wird, und mit
einem kapazitiven Sensor (3), welcher bei Annäherung des Bedieners die Datenabfrage startet,
dadurch gekennzeichnet, dass der Start der Datenabfrage durch Abstands- und/oder Flächenänderungen von Elektroden (3a, 3b) des kapazitiven Sensors (3) hervor gerufen wird.

2. Schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektro den (3a, 3b) des kapazitiven Sensors (3) einerseits als Leitfähigkeitselektrode (3a) und andererseits als sich der Leitfähigkeitselektrode (3a) nähernder menschlicher Körper (3b) ausgebildet sind.

3. Schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der menschliche Körper (3b) gegenüber Massepotential (8) eine Kapazität von ca. einigen 100 pF aufweist und über das Massepotential (8) einen geschlossenen elektrischen Strom kreis mit der Leitfähigkeitselektrode (3a) bildet.

4. Schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeitselektrode (3a) die elektrisch iso liert in einem Handgriff (6) einer Kraftfahrzeugtür (7) an geordnet ist.

5. Schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Leitfähigkeitselektrode (3a) ausgehende elektrische Feld zur Kraftfahrzeugaußenseite oder -innenseite hin gerichtet und gegebenenfalls abgeschirmt ist.

6. Schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (11) zum Sichern des Fahrzeuges vorgesehen ist, welcher durch Vorbeistreichen einer Hand des Bedieners ausgelöst wird.