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Die Erfindung betrifft eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung für insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem bedienerspezifischen Datenträger, welcher zur Beaufschlagung einer Tür, Klappe oder dergleichen des Kraftfahrzeuges von einer kraftfahrzeugseitigen Steuereinheit auf seine Berechtigung hin abgefragt wird, und mit einem kapazitiven Sensor, welcher bei Annäherung des Bedieners die Datenabfrage startet.
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Solche schlüssellosen Betätigungs- und/oder Schließeinrichtungen 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 Datenaustausch 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 ) .
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Ein zutrittswilliger Bediener muss also nicht mehr über einen zu einem Schließzylinder passenden Schlüssel verfügen. Vielmehr entriegelt ihm sein bedienerspezifischer Datenträger schlüssellos das betreffende Kraftfahrzeug (keyless entry).
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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.
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Hierdurch wird zwischen den beiden vorgenannten Elektroden ein elektrisches Feld aufgebaut. Die Kapazität des solchermaßen gebildeten Kondensators zwischen den beiden Elektroden lässt sich vom Dielektrikum einer in den Bereich des elektrischen Feldes gelangenden menschlichen Hand verändern und damit sensieren. Anders ausgedruckt, wird ein Kondensator durch die beiden Elektroden, einerseits in der Handhabe, 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 Dielektrizitätskonstante des gebildeten Kondensators und somit seine Kapazität, die wiederum gemessen und für die Auslösung der Datenabfrage ausgewertet werden kann.
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Die bekannten Maßnahmen haben sich zwar grundsätzlich bewährt, 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 Benutzers immer zwischen Handhabe und Türblech gebracht werden muss, um einen einwandfreien Start der Datenabfrage definieren zu können. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
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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 komfortable Bedienung gewährleistet ist.
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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 Abstandsanderungen oder Flächenanderungen der Elektroden des nach wie vor kapazitiven Sensors. Selbstverständlich werden auch Abstandsänderungen und Flächenänderungen erfindungsgemäß erfasst.
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Das erreicht die Erfindung im Detail dadurch, dass die Elektroden des kapazitiven Sensors einerseits als Leitfähigkeitselektrode und andererseits als sich der Leitfähigkeitselektrode nähernder menschlicher Körper ausgebildet sind. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass der menschliche Korper 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 Leitfahigkeitselektrode bildet. Die Erfindung macht also von der Kirchoff'schen-Regel Gebrauch, wonach in einem geschlossenen Stromkreis die Summe aller Spannungsabfälle in einzelnen Maschenelementen gleich Null ist, solange man die Masche im gleichen Sinne durchläuft.
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Durch diesen geschlossenen Kreislauf werden elektrische Feld- und damit Ladungs- und Kapazitätsänderungen an der Leitfähigkeitselektrode sensiert, sobald sich beispielsweise eine menschliche Hand eines zutrittswilligen Bedieners der Leitfähigkeitselektrode nähert. Denn diese Hand lässt sich gegenüber der (geladenen) Leitfahigkeitselektrode als Gegenelektrode mit hiervon abweichender Ladung auffassen. Infolgedessen bildet sich zwischen Leitfähigkeitselektrode und Hand ein elektrisches Feld, wobei die beim Laden des solchermaßen erzeugten Kondensators verrichtete Arbeit im Kondensator als elektrische Feldenergie gespeichert ist.
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Nähert sich nun die Hand als Gegenelektrode der eigentlichen Leitfähigkeitselektrode, so wird ein Teil der gespeicherten elektrischen Feldenergie durch die damit verbundene mechanische Arbeit frei und führt zu einer teilweisen Entladung der Leitfähigkeitselektrode, die als (minimaler) elektrischer Stromfluss ausgewertet werden kann. Diese Abstandsänderungen der Elektroden korrespondieren zu Kapazitätsänderungen des zugehörigen Kondensators im einstelligen pF-Bereich und lassen sich problemlos und einfach auswerten. Hierzu können periodische Lade-/Entladevorgänge des betreffenden Kondensators initiiert und hinsichtlich dessen (variierender) Kapazität ausgewertet werden, wie dies in der
US 5 730 165 im Detail beschrieben wird.
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Üblicherweise wird die Leitfähigkeitselektrode dielektrisch isoliert in einem Handgriff oder einer Handhabe einer zugehörigen Kraftfahrzeugtür angeordnet. Das ist jedoch nicht zwingend, weil die Leitfähigkeitselektrode natürlich auch Bestandteil der Kraftfahrzeugkarosserie im Ganzen sein kann.
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Um das von der Leitfähigkeitselektrode und den dort versammelten 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 hangt davon ab, ob Annäherungen eines Bedieners an den Handgriff per se zur Auslosung 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 erfindungsgemäßen Lehre möglich, so dass sich enorme Variationsmöglichkeiten ergeben.
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Schließlich kann noch ein weiterer Sensor zum Sichern des Fahrzeuges vorgesehen sein. Dieser lasst sich durch Vorbeistreichen einer Hand des Bedieners auslosen, wie dies grundsätzlich in der
DE 196 17 038 C2 beschrieben ist.
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Immer wird eine schlüssellose Betatigungs- und/oder Schließeinrichtung für insbesondere Kraftfahrzeuge zur Verfügung gestellt, die sich durch besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet. Denn letztlich erfordert die beschriebene Vorrichtung lediglich die Realisierung 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 Komfortverbesserungen zur Folge, weil der Bediener nicht an irgendwelche Handlungsabläufe gebunden ist. Es reicht vielmehr aus, dass er (oder seine Hand) sich dem zu öffnenden Kraftfahrzeug nähert. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung mit ihren wesentlichen Bestandteilen,
- 2 die zugehörige Sensorelektronik,
- 3 die Leitfähigkeitselektrode im Detail in verschiedenen Ausgestaltungen,
- 4 den Gegenstand nach 1 in Detailansicht in einer ersten Variante und
- 5 den Gegenstand nach 4 in abgewandelter Ausführungsform.
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In der 1 ist eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung in ihrem grundsatzlichen Aufbau dargestellt. Man erkennt einen zutrittswilligen Bediener, welcher beispielsweise in einer Tasche einen bedienerspezifischen Datenträger 1 trägt. Dieser bedienerspezifische Datenträger 1 wird von einer kraftfahrzeugseitigen Steuereinheit 2 auf die Zutrittsberechtigung der betreffenden Person hin abgefragt. Zu diesem Zweck lauft zumeist ein bidirektionaler 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.
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Um den vorerwähnten Datenaustausch zu initiieren, ist ein kapazitiver Sensor 3 vorgesehen, welcher bei Annäherung des Bedieners die Datenabfrage startet. Dieser kapazitive Sensor 3 verfügt über zwei Elektroden, nämlich eine Sensorelektrode bzw. Leitfähigkeitselektrode 3a einerseits und eine Hand oder ein anderes sich der Leitfahigkeitselektrode 3a näherndes Teil 3b des menschlichen Körpers andererseits. Bei diesem Teil 3b handelt es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels um die ausgestreckte Hand 3b des betreffenden Bedieners.
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Das Annahern der Hand 3b und damit der zugehörigen Elektrode 3b in Richtung auf die Leitfähigkeitselektrode 3a wird mit Hilfe einer Sensorelektronik 4 ausgewertet, die im Detail in 2 dargestellt ist. Diese Sensorelektronik 4 steht über eine Zuleitung 5 mit der Leitfahigkeitselektrode 3a in Verbindung, die ihrerseits in einen Handgriff bzw. eine Handhabe 6 eingebettet ist. Mit Hilfe dieses Handgriffes bzw. der Handhabe 6 lasst sich eine zugehörige Kraftfahrzeugtür 7 öffnen, von welcher nur ein Teil dargestellt 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 erfolgt.
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Im Detail genügt bekanntlich die Kapazität C des Kondensators
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 entsprechend der angegebenen Vorschrift ändert, und zwar zumeist 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.
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Die vorerwähnten im pF-Bereich werden von der Sensorelektronik 4 gemessen, die als elektronischer Schaltkreis ausgeführt ist und im Rahmen des Ausfuhrungsbeispiels kapazitiv an das Massepotential bzw. Erdpotential 8 gekoppelt ist. Hierzu dient eine Verbindungsleitung 9. Auch die Bedienperson 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.
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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-/Entladevorgange des Kondensators 3a, 3b bzw. der Leitfahigkeitselektrode 3a, die die Sensorelektronik 4 überwacht, auslöst und auswertet.
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Die Elektrode 3a bzw. Leitfähigkeitselektrode 3a mag als Gitter- oder Flächenelektrode ausgeführt sein und bedienerseitig mit einem Dielektrikum zur Isolierung belegt sein. Zusätzlich sind Abschirmungen denkbar, wie sie in 3 im rechten Teil zu erkennen sind. Hierdurch wird gewahrleistet, dass sich die auf der Leitfahigkeitselektrode 3a befindlichen Ladungen ein vom Kraftfahrzeug bzw. der Kraftfahrzeugtür 7 weg gerichtetes elektrisches Feld formen. Dazu dienen geerdete Abschirmbleche 10.
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Ein Kondensator C4 sorgt für eine Glättung des eingangsseitigen Signals von der Leitfahigkeitselektrode 3a. Mit dessen Hilfe kann das Ansprechverhalten verändert werden. Ein Sensor 11 dient zum Sichern (Verriegeln) des Fahrzeuges. Dieser lässt sich beispielsweise durch Voruberstreichen einer Hand des Bedieners auslosen.
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Im Rahmen der 4 erkennt man die Leitfahigkeitselektrode 3a, angeordnet in der Handhabe 6 in Aufsicht. Diese Handhabe 6 dient bekanntermaßen zur Öffnung der Kraftfahrzeugtür 7. In Folge einer Abschirmung 10, die beispielsweise auf Masse- oder Erdpotential 8 liegt, bilden sich zugehörige Feldlinien von der Leitfahigkeitselektrode 3a ausgehend lediglich in Richtung auf die Kraftfahrzeugtür 7 aus. Dementsprechend muss in diesem Fall die Gegenelektrode in Gestalt der Hand 3b regelmäßig in den Bereich zwischen Handgriff 6 und Kraftfahrzeugtur 7 gebracht werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
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Die zugehörige Sensorelektronik 4 ist - wie die Leitfähigkeitselektrode 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 Kapazitäten C2 und C3 entsprechend 1 fortlaufend Berücksichtigung finden. Das heißt nichts anderes, als dass beispielsweise die Ankopplung der Sensorelektronik 4 wie auch der Bedienperson an das Massepotential 8 naturgemäß Schwankungen 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 Bedienperson - auf ganz anderen (längeren) Zeitskalen ab und können demzufolge von den Annäherungen der Hand 3b an die Leitfähigkeitselektrode 3a unterschieden werden.
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Bei dem Sensor 11 handelt es sich im Rahmen der Ausführungsbeispiele nach den 4 und 5 um einen Annaherungssensor. Selbstverständlich kann an dieser Stelle auch ein Taster zum Einsatz kommen. Im Rahmen der dargestellten Variante ist der Sensor 11 jedoch ahnlich ausgeführt und aufgebaut, wie die Leitfähigkeitselektrode 3a. Das deutet das von dem Sensor 11 ausgehende elektrische Feld nach 4 an, welches - wie bei der Leitfähigkeitselektrode 3a - von darauf befindlichen freien elektrischen Ladungen hervorgerufen wird.
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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 Annäherung detektiert wird, geben die entsprechenden Elektroniken 4, 12 ein Ausgangssignal an die kraftfahrzeugseitige Steuereinheit 2 ab. Das geschieht zumeist drahtgebunden über in den 4 und 5 lediglich angedeutete strichpunktierte Zuleitungen von der Handhabe 6 zur Kraftfahrzeugtür 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 grundsatzlich auch beide Sensoren 3a, 11 eine Einheit bilden.
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Darüber hinaus eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, zwischen einem simplen Entriegeln eines zugehörigen Türschlosses und damit der Kraftfahrzeugtur 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 ausgestellt 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 voneinander verarbeitet werden können.
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Im Rahmen der Variante nach 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 andererseits 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 eingebracht werden kann.
