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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten von Messwerten wenigstens eines im bodennahen Heckbereich eines Kraftfahrzeug angeordneten kapazitiven Annäherungssensors zum Auslösen einer Betätigungsfunktion einer Heckklappe durch eine vorgegebene Fußbewegung eines Bedieners, wobei periodisch nach jeweils einem Abtastintervall ein Messwert des kapazitiven Annäherungssensors erfasst und ein dem Messwert entsprechender Digitalmesswert in einem FIFO-Speicher gespeichert wird und die gespeicherten Digitalmesswerte einem Algorithmus zum Erkennen eines der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners entsprechenden Signalverlaufs zugeführt werden,
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Es ist bekannt, im bodennahen Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise hinter einer Kunststoffblende, Elektroden kapazitiver Sensoren derart anzuordnen, dass deren Kapazität gegenüber einem Bezugspotenzial (beispielsweise Masse) sich ändert, wenn ein Bediener, der hinter dem Kraftfahrzeug steht, einen Fuß in Richtung des Heckbereichs und unter den Heckbereich kurzzeitig schwenkt. Mit der Elektrode des kapazitiven Sensors ist eine Auswerteschaltung gekoppelt, die ein der Kapazität entsprechendes analoges Ausgangssignal an einen A/D-Umsetzer eines Mikrocontrollers ausgibt. Der Mikrocontroller ist so programmiert, dass er den A/D-Umsetzer veranlasst, periodisch dem analogen Sensorausgangssignal entsprechende Digitalwerte auszugeben, welche nachfolgend als Digitalmesswerte bezeichnet werden sollen. Die der Kapazität des kapazitiven Sensors entsprechenden Digitalmesswerte werden periodisch, beispielsweise in Abständen von 20 ms, erzeugt. Die Änderungen der Digitalmesswerte werden ausgewertet, wobei der Mikrocontroller so programmiert ist, dass er anhand der Änderungen der Digitalmesswerte erkennen kann, ob ein bestimmtes Ereignis, beispielsweise die Annäherung eines Fußes des Bedieners, stattgefunden hat. Stellt der Mikrocontroller dabei fest, dass ein bestimmtes Ereignis stattgefunden hat, so löst er eine Betätigungsfunktion einer Heckklappe des Kraftfahrzeugs aus. Somit wird die Heckklappe geöffnet, wenn der hinter dem Kraftfahrzeug stehende Bediener seinen Fuß in einer bestimmten Weise unter das Heck des Fahrzeugs schwenkt. Zur Verbesserung der Erkennung der vorgegebenen Bewegung sind vorzugsweise zwei Sensorelektroden in einer bestimmten Weise horizontal und vertikal versetzt angeordnet. Beispielsweise handelt es sich um langgestreckte, von einem Außenleiter eines Koaxialkabels gebildete Sensorelektroden, die im Heckbereich im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung und zueinander vertikal und horizontal versetzt angeordnet sind. Eine solche Anordnung ist schematisch in 1 gezeigt.
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Üblicherweise werden die in kurzen Zeitabständen erfassten Digitalmesswerte in einem Speicherbereich eines RAM des Mikrocontrollers abgelegt. In diesem Speicherbereich wird eine vorgegebene Anzahl von Digitalmesswerten gepuffert, bevor der Mikroprozessor des Mikrocontrollers auf diese Digitalmesswerte zur weiteren Verarbeitung zugreift. Die weitere Verarbeitung umfasst zunächst eine digitale Filterung einer vorgegebenen Anzahl gespeicherter Digitalmesswerte, um somit digitale Filterwerte zur Weiterverarbeitung zu gewinnen. Die Filterwerte werden in den gleichen Zeitabständen berechnet, in denen auch die Digitalmesswerte gewonnen werden. Immer dann, wenn ein neuer Digitalmesswert gespeichert ist, berechnet der Mikroprozessor aus diesem und zuvor gespeicherten Digitalmesswerten einen neuen Filterwert.
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Aus Gründen der Energieeinsparung soll die weitere Auswertung der Filterwerte zum Erkennen eines Signals, das die vorgegebene Bewegung des Körperteils des Bedieners kennzeichnet, nicht bei jedem neuen Filterwert, sondern nur dann ausgeführt werden, wenn ein Kriterium erfüllt ist, das mit wenig Rechenaufwand und somit mit geringerem Energieverbrauch bestimmt werden kann. Zur Senkung des Energieverbrauchs wird beispielsweise in einem energiesparenden Modus in größeren Abständen (geringere Abtastrate) ein Digitalmesswert bestimmt. Aus diesem Digitalmesswert und einigen zuvor mit der geringeren Abtastrate gewonnenen Digitalmesswerten wird jeweils ein Filterwert bestimmt. Der Filterwert wird zur Vereinfachung der Berechnungen lediglich mit einem Schwellwert verglichen, dessen Überschreiten somit das mit geringem Rechenaufwand bestimmbare Kriterium darstellt. Solange der Schwellwert von dem Filterwert nicht überschritten ist, wird diese Gewinnung der Digitalmesswerte, die Berechnung der Filterwerte und der Vergleich mit dem Schwellwert wiederholt durchgeführt, was einen relativ geringen Energieverbrauch zur Folge hat. Sobald jedoch ein Filterwert den Schwellwert überschreitet, wird dies als ein Kriterium angesehen, dass eine vorgegebene Bewegung des Bedienerkörperteils stattgefunden haben könnte. Dann schaltet die Vorrichtung in eine höhere Abtastrate um, das heißt, die Digitalmesswerte werden in kürzeren Abständen gewonnen und nachfolgend wiederum einer Filterung unterzogen. Die Filterung kann jedoch erst dann beginnen, wenn wieder eine vorgegebene Mindestanzahl der Digitalmesswerte mit der höheren Abtastrate gewonnen und im Pufferspeicher gespeichert worden ist. Die zuvor mit der geringeren Abtastrate gewonnenen Digitalmesswerte können nicht in die Weiterverarbeitung einbezogen werden. Dies führt zu einer gewissen Totzeit nach der erfassten Schwellwertüberschreitung, innerhalb der noch kein erster Filterwert zur weiteren Auswertung und zur Analyse, ob die vorgegebene Fußbewegung eines Bedieners stattgefunden hat, berechnet werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten von Messwerten zu schaffen, das eine schnellere Erkennung der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners gestattet und zugleich weniger anfällig gegenüber Störeinflüssen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei diesem Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten von Messwerten wenigstens eines im bodennahen Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordneten kapazitiven Annäherungssensors zum Auslösen einer Betätigungsfunktion einer Heckklappe durch eine vorgegebene Fußbewegung eines Bedieners wird periodisch nach jeweils einem Abtastintervall ein Messwert des kapazitiven Annäherungssensors erfasst und ein dem Messwert entsprechender Digitalmesswert in einem FIFO-Speicher gespeichert. Der FIFO-Speicher kann z. B. ein separates Bauteil oder Teil eines Speichers eines Mikrocontrollers sein. In einem ersten, energiesparenden Auswertemodus wird jeweils nach dem Speichern einer vorgegebenen ersten Anzahl von Digitalmesswerten, also nach jeweils einem dem Produkt aus Abtastperiodendauer und erster Anzahl entsprechenden Zeitintervall, aus dem aktuell gespeicherten Digitalmesswert und einer vorgegebenen zweiten Anzahl zuvor gespeicherter Digitalmesswerte ein Filterwert berechnet, indem jeder dieser gespeicherten Digitalmesswerte mit jeweils einem zugehörigen ersten Faktor multipliziert wird und die Ergebnisse addiert werden. Dann wird der Filterwert mit einem Schwellwert verglichen. Wenn der Filterwert den Schwellwert überschreitet, wird ein zweiter Auswertemodus aktiviert. In dem zweiten, normalen Auswertemodus wird jeweils nach dem Speichern einer vorgegebenen dritten Anzahl von Digitalmesswerten, die geringer ist als die erste Anzahl, also in kürzeren Zeitabständen, aus dem aktuell gespeicherten Digitalmesswert und einer vorgegebenen vierten Anzahl zuvor gespeicherter Digitalmesswerte ein Filterwert berechnet, indem jeder dieser gespeicherten Digitalmesswerte mit jeweils einem zugehörigen zweiten Faktor multipliziert wird und die Ergebnisse addiert werden, und der Filterwert einem Algorithmus zum Erkennen eines der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners entsprechenden Signalverlaufs zugeführt.
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Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Abtastfrequenz (Abtastrate) oder Abtastperiodendauer während des ersten und des zweiten Auswertemodus konstant bleiben, so dass es nicht erforderlich ist, nach Starten des zweiten Auswertemodus bei Schwellwertüberschreitung den FIFO-Speicher mit Abtastwerten einer geänderten Abtastrate neu zu füllen. Die höhere Abtastrate bringt es zwar zunächst mit sich, dass für die A/D-Umsetzung und die Zwischenspeicherung in dem FIFO-Speicher etwas mehr Energie verbraucht wird; dies wird jedoch durch die verbesserte Möglichkeit der Filterung ausgeglichen. Außerdem werden die Filterwerte in dem ersten, energiesparenden Auswertemodus in größeren Abständen gewonnen als in dem zweiten, normalen Auswertemodus. Die Filterberechnungen benötigen also im energiesparenden Modus etwas weniger Energie. Die Möglichkeit, die bereits zwischengespeicherten (gepufferten) Digitalmesswerte auch im zweiten Modus sofort weiterverwenden zu können, gestattet den sofortigen Beginn des Algorithmus zum Erkennen eines der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners entsprechenden Signalverlaufs und somit eine schnellere Erfassung dieses Ereignisses.
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Vorzugsweise entspricht die vorgegebene erste Anzahl von Digitalmesswerten mindestens dem Doppelten der vorgegebenen dritten Anzahl von Digitalmesswerten. Je größer die erste Anzahl ist, desto größer ist die Energieeinsparung, weil die Filterberechnung und der Vergleich mit dem Schwellwert seltener stattfinden. Allerdings darf der Abstand nicht so groß werden, dass die Gefahr eines „Übersehens” einer von der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners ausgelösten Signaländerung besteht. Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die vorgegebene erste Anzahl von Digitalmesswerten zwischen 4 und 16; vorzugsweise ist sie gleich 8.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erfassen und Verarbeiten von Messwerten ist die zweite Anzahl gleich der vierten Anzahl und entspricht sie der Speichertiefe des FIFO-Speichers. Beispielsweise ist diese gleich 32. Bei dieser Ausführungsform wird sowohl in dem ersten, energiesparenden Betriebsmodus als auch in dem zweiten, normalen Betriebsmodus stets die volle Speichertiefe ausgenutzt, um eine möglichst gute Filterung zu erhalten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Abtastintervall im Bereich zwischen 1 ms und 10 ms, vorzugsweise im Bereich zwischen 2 ms und 6 ms, beispielsweise bei etwa 4 ms. Dieses Abtastintervall erlaubt – bei einer entsprechenden Anzahl der einbezogenen Messwerte – eine gute Filterung des Signalverlaufs (Glättung und Rauschunterdrückung) für ein nachfolgendes Erkennen eines der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners entsprechenden Signalverlaufs.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die die Art der Filterung in dem zweiten Auswertemodus bestimmenden zweiten Faktoren verschieden von den die Art der Filterung in dem ersten Auswertemodus bestimmenden ersten Faktoren, so dass die Messwerte in dem ersten und dem zweiten Auswertemodus unterschiedlich gefiltert werden. So kann die erste Filterung an die niedrigere Rate der Erzeugung eines Filterwerts und an die Aufgabe des Erfassens einer Schwellwertüberschreitung angepasst werden. Die zweite Filterung kann an die höhere Rate der Erzeugung eines Filterwerts und an die Aufgabe des Erkennens eines der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners entsprechenden Signalverlaufs angepasst werden.
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Vorzugsweise sind die vierte Anzahl (Anzahl der in die Filterung einbezogenen zuvor gespeicherten Messwerte) und die zweiten Faktoren (Filterkoeffizienten) so gewählt, dass verstärkt Signale in einem Frequenzbereich herausgefiltert werden, der dem bei der Fußbewegung des Bedieners auftretenden Frequenzbereich der Kapazitätsänderung entspricht. Dies ist vorzugsweise ein Frequenzbereich bis 5 Hz.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte zweier in Fahrzeuglängsrichtung versetzt angeordneter kapazitiver Annäherungssensoren erfasst und den Messwerten entsprechende Digitalmesswerte in zwei den Sensoren zugeordnete FIFO-Speicherbereiche gespeichert werden.
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Vorzugsweise werden in dem ersten, energiesparenden Auswertemodus nur die Filterwerte für einen der beiden Sensoren berechnet und mit dem Schwellwert verglichen und in dem zweiten Auswertemodus die Filterwerte für beide Sensoren berechnet und dem Algorithmus zum Erkennen des der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners entsprechenden Signalverlaufs zugeführt.
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Vorteilhafte und/oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der das erfindungsgemäße Verfahren ausführenden Einrichtungen; und
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2 eine schematische Darstellung der zeitlichen Abläufe der Digitalmesswertgewinnung und Filterberechnungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erfasst und verarbeitet Messwerte von im bodennahen Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordneten kapazitiven Annäherungssensoren. In 1 ist der Heckbereich 1 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, der im bodennahen Bereich (hinter einer Blende) die Elektroden 2A und 2B zweier kapazitiver Annäherungssensoren aufweist. Vorzugsweise handelt es sich um langgestreckte Sensorkabel, die sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung, das heißt quer zur Zeichnungsebene der 1 erstrecken. Die weiteren in 1 dargestellten Vorrichtungen sind lediglich zur Veranschaulichung außerhalb des Kraftfahrzeugs gezeichnet, sind aber tatsächlich in dem Kraftfahrzeug angeordnet. Jeweils ein Zuleitungskabel 3 erstreckt sich von den Sensorelektroden 2A, 2B zu jeweils einer Auswerteschaltung 4A und 4B des kapazitiven Sensors, die an ihrem Ausgang ein der Kapazität des Sensors entsprechendes analoges Ausgangssignal, insbesondere eine der Kapazität entsprechende Spannung, erzeugt. Die den Kapazitäten der beiden Sensorelektroden entsprechenden Spannungen werden jeweils einem Eingangsport eines Mikrocontrollers 5 zugeführt, wobei mit jedem der Eingangsports ein Analog-Digital-Umsetzer 7A und 7B verbunden ist. Der Mikrocontroller 5 enthält einen Mikroprozessor 6, einen ROM 10 zur Speicherung von Betriebsprogrammen, einen RAM 8 als Arbeitsspeicher und weitere Schnittstellenschaltungen, von denen eine beispielhaft als Port 11 dargestellt ist. Die Analog-Digital-Umsetzer 7A, 7B und die anderen genannten Schaltungen sind über einen Bus 9 mit dem Mikroprozessor 6 verbunden. Programmgesteuert veranlasst der Mikroprozessor 6 das Auslesen der digitalen Messwerte aus den Analog-Digital-Umsetzern 7A, 7B und deren Speicherung im RAM 8. Zur Speicherung der Digitalmesswerte ist in dem RAM 8 ein bestimmter Speicherbereich 12 vorgesehen, in dem die Digitalmesswerte nach dem FIFO-Prinzip abgelegt werden. Die zeitliche Steuerung der Messwertgewinnung und der Weiterverarbeitung wird von dem in dem Mikroprozessor 6 abgearbeiteten Programmen bestimmt.
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2 veranschaulicht den zeitlichen Ablauf der Gewinnung der Digitalmesswerte und der Berechnung von Filterwerten nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst veranlasst der Mikrocontroller, dass beispielsweise alle 4 ms für jeden Sensor ein Digitalmesswert gewonnen wird, indem der A/D-Umsetzer zur Ausgabe eines entsprechenden Digitalwerts veranlasst wird, der dann in dem FIFO-Bereich 12 des RAM 8 gespeichert wird. Der FIFO-Bereich 12 kann bei dem hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel 32 Digitalmesswerte pro Sensor aufnehmen. Die jeweils in dem FIFO-Bereich gespeicherten 32 Werte sind in 2 als 32 kleine Quadrate dargestellt und entsprechen einer Zeile dieser Darstellung. Eine Spalte entspricht einem Messwert. Es sind physisch verschiedene Ausführungsformen eines solchen FIFO-Speichers denkbar. Vorzugsweise bleibt ein Messwert jeweils solange in seinem Speicherbereich gespeichert, bis er nach 32 Messwerterfassungen durch einen neuen Messwert überschrieben wird. Ein in dem FIFO-Speicherbereich umlaufender Zeiger bestimmt, in welchen Speicherplatz jeweils ein neuer Messwert eingeschrieben werden kann.
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2 veranschaulicht die weitere Vorgehensweise in dem ersten, energiesparenden Auswertemodus. Nachdem jeweils 8 neue Digitalmesswerte in dem FIFO-Speicherbereich 12 eingeschrieben worden sind, veranlasst der Mikrocontroller die Berechnung eines Filterwerts. Die Berechnung des Filterwerts (Filterberechnung) wird somit alle 8·4 ms = 32 ms durchgeführt. In die alle 32 ms stattfindende Filterberechnung werden aber nicht nur die neuen zuletzt gewonnenen 8 Messwerte, sondern die letzten 32 ms einbezogen. Jeder gespeicherte Messwert nimmt somit insgesamt vier Mal an einer Filterberechnung teil. Einerseits verringert der Umstand, dass die Filterberechnung nur alle 8 ms ausgeführt wird, den Energieverbrauch. Andererseits gestattet die Einbeziehung der vollständigen 32 in dem FIFO-Bereich gespeicherten Digitalmesswerte eine exaktere Filterung, insbesondere Rauschunterdrückung.
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In dem energiesparenden Modus wird der auf diese Weise gewonnene Filterwert dann mit einem Schwellwert verglichen. Sofern eine Überschreitung des Schwellwerts festgestellt wird, wird ein zweiter Auswertemodus aktiviert.
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In dem zweiten Auswertemodus werden die Abstände der Filterwertberechnung verringert. Beispielsweise wird alle 2 oder 4 Messwerte ein Filterwert berechnet. Die nun in kürzeren Abständen gewonnenen Filterwerte werden einem Algorithmus zum Erkennen eines der vorgegebenen Fußbewegung eines Bedieners entsprechenden Signalverlaufs zugeführt.
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Die Filterberechnung erfolgt beispielsweise mit einem FIR-Algorithmus. Dabei werden sämtliche 32 Digitalmesswerte jeweils mit einem Faktor multipliziert und aus diesen Produkten eine Summe gebildet, die dem Filterwert entspricht. Bei der bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich die Art der Filterung in dem ersten, energiesparenden Modus von der Art der Filterung in dem zweiten, normalen Modus zum Erkennen der Fußbewegung. Dies kommt auch in unterschiedlichen Filterkoeffizienten zum Ausdruck. Die Filterkoeffizienten sind beispielsweise in dem zweiten, normalen Auswertemodus so gewählt, dass insbesondere Signalverläufe im Frequenzbereich bis etwa 10 Hz, vorzugsweise bis 5 Hz, herausgefiltert werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass insbesondere Signale in diesen tieffrequenten Bereichen die zu erfassende Bewegung des Bedienerkörperteils (Fußes) wiedergeben. Darüber hinaus können die Filterkoeffizienten in dem ersten und dem zweiten Modus an die jeweilige Rate der Gewinnung der Filterwerte angepasst sein. So werden im energiesparenden, ersten Auswertemodus die Filterwerte beispielsweise alle 32 ms (nach jeweils 8 Abtastwerten) gewonnen, während sie im normalen Auswertemodus beispielsweise alle 8 ms (nach jeweils zwei Abtastwerten) gewonnen werden.
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Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alternative Ausführungsformen denkbar. So kann beispielsweise die Abtastperiode von 4 ms abweichen und beispielsweise im Bereich von 1 bis 10 ms liegen. Der Abstand der Filterberechnungen im ersten und im zweiten Auswertemodus kann variieren, selbstverständlich mit der Maßgabe, dass er im zweiten Auswertemodus geringer ist. Ebenso kann die Tiefe des FIFO-Speichers von 32 abweichen.
