DE102015217179A1

DE102015217179A1 - Sensoranordnung für ein Zugangssystem eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015217179A1
Application number: DE102015217179.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Schulz
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Erfassungsvorrichtung für ein Zugangssystem eines Fahrzeugs (10), mit einer Elektrodenanordnung mit wenigstens zwei Elektroden (E1, E2...) zur Erfassung einer Bewegungsrichtung berührloser Bediengesten, mit einer Auswerteeinheit, die derart ausgestaltet ist, dass zeitliche Kapazitätsänderung an den Elektroden (E1, E2...) im Hinblick auf das Vorhandensein einer Bediengeste ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (E1, E2...) so strukturiert und/oder angeordnet sind, dass Bediengesten in einem Nah- und Fernbereich unterscheidbar sind, wobei die Anordnung der Elektroden (E1, E2...) so ausgestaltet ist, dass Bediengesten im Fernbereich erfasst werden können, und die Struktur der Elektroden (E1, E2...) so ausgestaltet ist, dass über die Strukturierung nur Bediengesten im Nahbereich erfasst werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Zugangssystem eines Fahrzeugs nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus EP 1 786 645 B1 ist ein Fahrzeug mit einer automatisch öffnenden Klappe bekannt, bei dem ein Öffnungsbefehl für die Klappe ausgehend von Signalen eines Näherungsschalters und eines gültigen Zugangsberechtigungsmittels generiert wird.
Aus der DE 10 2012 106 526 A1 ist ferner ein Türgriff bekannt, bei dem in Richtung der Griffmulde zwei Elektroden angeordnet sind, die eine Annäherung einer Hand in die Griffmulde erkennen. Die Elektronik des Türgriffs ist so ausgebildet, dass die Handannäherung einer berechtigten Person ein Öffnen der Tür veranlasst.
Die DE 10 2012 106 526 A1 offenbart einen kapazitiven Türgriffsensor für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Elektroden mit unterschiedlichen Überwachungsbereichen, wobei eine Elektrode als Referenzelektrode wirkt.
Die DE 10 2012 224 007 A1 offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Kapazität eines Messkondensators in eine mit einem Analog-Digitalwandler erfassbare Spannung mit einer Ladungsübertragungseinrichtung zur Übertagung der Ladung einer unbekannten Kapazität Cx auf einen Messkondensator CL, wobei allerdings nur der Vergleich einer einzigen unbekannten Kapazität Cx mit einer Referenzkapazität Cref vorgesehen ist.
Aus der EP 2 059 421 B1 ist ein eines Schließsystem bekannt, dass die Elektronik eines Türgriffs mit einem so genannten „Keyless-Entry“-System kombiniert. Mit Hilfe eines Identifikationsgebers, den der Benutzer mit sich führt, kann bei einer Annäherung an das Fahrzeug die Benutzerberechtigung an das Schließsystem weiter gegeben werden. Ist eine Berechtigung erkannt worden, setzt das Schließsystem die Türschlösser in eine Öffnungsbereitschaft. Nähert sich nun der berechtigte Benutzer einem mit Erkennungssensoren versehenen Türgriff, so wird der Türverschluss geöffnet. Zum Schließen der Tür kann zudem am Türgriff ein Taster vorgesehen sein, der bei Betätigung das Fahrzeug wieder verriegelt.
Ferner sind aus den Schriften GB 2 423 808 A , WO 2010/057624 A1 und WO 2012/126586 A1 verschiedene Anordnungen kapazitiver Sensoren zur Erkennung von Betätigungsbewegungen bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bedienfunktionalität von kapazitiv arbeitenden Erfassungsvorrichtungen zu erweitern.
Die Aufgabe wird vorteilhaft durch die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung gelöst.
Vorteilhaft ist eine Erfassungsvorrichtung für ein Zugangssystem eines Fahrzeugs vorgesehen, mit einer Elektrodenanordnung mit wenigstens zwei Elektroden zur Erfassung einer Bewegungsrichtung berührloser Bediengesten, mit einer Auswerteeinheit, die derart ausgestaltet ist, dass zeitliche Kapazitätsänderungen an den Elektroden im Hinblick auf das Vorhandensein einer Bediengeste ausgewertet werden,
wobei die Elektroden so strukturiert und/oder angeordnet sind, dass Bediengesten in einem Nah- und Fernbereich unterscheidbar sind,
wobei die Anordnung der Elektroden so ausgestaltet ist, dass Bediengesten im Fernbereich erfasst werden können,
und wobei die Struktur der Elektroden so ausgestaltet ist, dass über die Strukturierung nur Bediengesten im Nahbereich erfasst werden können.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass innerhalb eines begrenzten Erfassungsbereichs die Möglichkeiten der Erkennung von Bediengesten erweitert werden. Insbesondere ist es möglich, dass Bediengesten trotz gleicher Bewegungsrichtung im Nahbereich anders interpretiert werden können als eine in gleicher Richtung ausgeführte Geste im Fernbereich.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Elektroden so ausgestaltet ist, dass im Fernbereich eine Bediengeste einer Hand erfasst werden kann, und die Struktur der Elektroden so ausgestaltet ist, dass im Nahbereich eine Bediengeste eines oder mehrerer Finger erfasst werden können.
Dabei können mehrere Bediengesten zeitlich kurz hintereinander oder auch gleichzeitig miteinander kombiniert werden.
So ist die Bediengeste einer Hand oder die Bediengeste eines Fingers keineswegs nur auf einen einzigen Finger oder auf eine einzige Hand oder auf ein einziges Körperteil beschränkt, welches zur Bedienung benutzt wird. So kann sowohl die Anzahl der erkennbaren Bediengesten als auch die Sicherheit gegen unbeabsichtigte Auslöser durch gleichzeitige Kombination verschiedenartiger oder gleichartiger Bediengesten weiter gesteigert werden. Die Kombination verschiedenartiger Bediengesten bedeutet hier die Kombination einer Fernbereichsbeeinflussung mit einer Nahbereichsbeeinflussung. Die Kombination gleichartiger Bediengesten bedeutet hier die Kombination mehrerer Fernbereichsbeeinflussungsgesten oder mehrerer Nahbereichsbeeinflussungsgesten miteinander. So ist es beispielsweise denkbar, mit zwei Fingern zwei verschiedene, nebeneinanderliegende Elektroden gleichzeitig zu beeinflussen oder eine Handbediengeste der einen Hand auf einer Elektrode mit einer gleichzeitigen Fingerbediengeste der anderen Hand auf der anderen Elektrode zu kombinieren. Ebenso können beispielsweise zwei Hände zwei verschiedene Elektroden in einem definierten zeitlichen Muster beeinflussen. Die zugehörigen Auswertealgorithmen kann der Fachmann leicht selbst ermitteln und optimieren.
Durch dieses Vorgehen ist es vorteilhaft möglich, dass im Nahbereich über die gleiche Erfassungsvorrichtung mit Hilfe einer Fingergeste feinere Aktionen durchführbar sind. Ist beispielsweise in einer Bewegungsrichtung ein Öffnen von Türfenstern hinterlegt, könnte über eine Fingergeste im Nahbereich der Öffnungsgrad der Fenster eingestellt werden.
Durch gleichzeitige Kombination einer Handgeste der linken Hand mit einer Fingergeste der rechten Hand oder umgekehrt kann beispielsweise erfasst werden, ob die Fenster der linken Tür oder der rechten Tür geöffnet beziehungsweise geschlossen werden sollen.
Vorzugsweise ist die Erfassungsvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine waagerechte Wischbewegung und/oder ein Wegbewegen einer Hand von der Fahrzeugtür zu einem automatischen Öffnen der Fahrzeugtür führen. Dieses Vorgehen ist besonders dann interessant, wenn die Fahrzeugtür ohne oder ohne erkennbaren Türgriff ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass eine Handgeste in einer Aufwärtsbewegung zu einem Entriegeln und in einer Abwärtsbewegung zu einem Verriegeln des Fahrzeugs führt. So ist es dem Benutzer möglich, ohne Betätigung eines Schlüssels oder einer Fernsteuerung das Fahrzeug intuitiv über eine Handbewegung zu entriegeln oder zu verriegeln.
Bevorzugt ist das Zugangssystem so ausgestaltet, dass die Bediengesten nur beantwortet werden, wenn die Berechtigung einer Person (50) vom Zugangssystem anhand eines Identifikationsgebers erkannt wurde.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit Schiebetüren,
2 eine erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung mit vier Elektroden,
3 eine weitere Anordnung mit vier Elektroden,
4 eine Anordnung mit drei Elektroden,
5 eine erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung mit zwei Elektroden,
6 eine zeitlichen/örtlichen Verlauf einer Kapazitätsänderung gem. 5a), b),
7 eine zeitlichen/örtlichen Verlauf einer Kapazitätsänderung gem. 5c)
8 eine zeitlichen/örtlichen Verlauf einer Kapazitätsänderung gem. 5d),
9 eine Anordnung gemäß 4 in Kombination mit einer Anordnung gemäß 5,
10 eine Anordnung von zwei Elektroden mit Ausnehmungen zur Strukturierung,
11 einen Verlauf der Kapazitätsänderung während einer Geste im Fern- und Nahbereich der Struktur gemäß 11,
12 eine weitere Anordnung von zwei Elektroden mit Ausnehmungen,
13 eine Anordnung mit ineinander greifende Strukturen und asymmetrischen Elektrodenflächen,
14 eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit 3 Sensorelektroden,
15 ein Impulsdiagramm zur Steuerung der Messung im Detail.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einer vorderen und hinteren Autotür 85, 80. Die vordere Autotür 85 ist üblicherweise als Schwenktür ausgebildet, kann jedoch auch als Schiebetür ausgestaltet sein. Die hintere Autotür 80 ist eine Schiebetür 80. Beide Türen 80, 85 weisen eine Erfassungsvorrichtung 100 auf, die derart ausgestaltet ist, das Bediengesten in einem Erfassungsbereich 105 der Autotür 80, 85 als Bedienwunsch zum Öffnen oder Schließen der Tür erkannt werden.
Zur Erfassung von insbesondere Finger- und/oder Handbediengesten sind im Erfassungsbereich 105 mehrere Antennen, Sensoren bzw. Elektroden zur Erfassung kapazitiver Änderungen angeordnet. Die Elektroden sind so ausgestaltet, dass nicht nur eine singuläre kapazitive Änderung, sondern auch eine Änderung der Kapazität auch orts- und zeitabhängig erfasst und als Handbewegung erkannt werden kann.
Im Erfassungsbereich 105 kann zusätzlich auch ein Türgriff zum mechanischen Öffnen und Schließen der Tür 80, 85 angeordnet sein.
Bevorzugt ist ein solcher Türgriff im Karosserieblech der Autotür versenkt angeordnet und wird nur bei einem Bedienungsbedarf aus dem abgesenkten Zustand herausgehoben. Ein solcher Bedienbedarf kann beispielsweise durch Berühren des Türgriffs ausgelöst werden, wobei die Berührung des Handgriffs vorzugsweise durch kapazitive oder andere geeignete Sensoren erfasst wird.
Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße System jedoch für grifflose Autotüren geeignet.
Die Bedienung einer solchen Tür könnte bevorzugt wie folgt durchgeführt werden: Der Fahrer läuft auf die Seitentüre zu. Er bewegt seinen Arm bzw. seine Hand im Abstand von wenigen cm in einer Wischbewegung bzw. Handgeste über den Erfassungsbereich 105. Automatisch wird nun die motorisierte Schwenk- oder Schiebetür geöffnet.
Der Sensor könnte beispielsweise unterhalb einer Kunststoff-Zierleiste integriert sein. Die Antennen bzw. Sensoren für die Erfassung der Handgesten könnten beispielsweise durch eine innere Metallisierung der Kunststoff-Zierleiste aufgebaut werden.
Die Erfassungsvorrichtung 105 ist Teil eines Zugangssystems des Fahrzeugs 10, dass so ausgestaltet ist, dass anhand der im Erfassungsbereich erkannten Bediengesten unterschiedliche Funktionalitäten bereitgestellt werden können.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass bei motorisierten Fahrzeugtüren, die ein automatisches Öffnen oder ggf. Schließen der Türen erlauben, eine waagerechte Wischbewegung und/oder ein Wegbewegen einer Hand von der Fahrzeugtür 20 zu einem automatische Öffnen oder ggf. Schließen der Fahrzeugtür führen. Die Wischbewegung ist insbesondere für motorisierte Schiebetüren interessant, während die Wegbewegung für Schwenktüren von Vorteil ist. Eine derartig intuitive Bedienphilosophie hat in der Regel den Vorteil einer breiten Kundenakzeptanz und reduziert den unerwünschten Lernaufwand bei der Bedienung derartiger Systeme.
Eine Auf- oder Abbewegung der Hand kann vorzugweise zum Ent- oder Verriegeln des Fahrzeugs genutzt werden. Dieses Vorgehen ist insbesondere bei Keyless-Entry-Systemen von Vorteil und erlaubt ein Auf- und Zuschließen des Fahrzeugs allein mit einer Geste, ohne dass beispielsweise eine Fernbedienung zu betätigen ist.
Zusätzlich oder auch alternativ ist es denkbar, dass bereits mit der Wischbewegung zum Öffnen der Tür auch das Fahrzeug entriegelt wird, auch kann die Funktionalität so ausgestaltet werden, dass nur die bediente Tür entriegelt wird.
Selbstverständlich ist das System nicht auf die dargestellten Funktionalitäten beschränkt, sondern es können auch weitere Bedienmöglichkeiten für das Fahrzeug hinterlegt werden, wie beispielsweise ein Öffnen oder Schließen der Fenster.
Ebenso ist das Zugangssystem nicht auf die Seitentüren beschränkt, sondern kann auch für eine Heckklappe, ein Dachfenster oder einen Kofferraum des Fahrzeugs verwendet werden.
Bevorzugt ist der Erfassungsvorrichtung 100 bzw. der Erfassungsbereich 105 in der für Türgriffe üblichen Position angeordnet. Die Anordnung ist jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt, sondern kann alternativ oder zusätzlich auch an anderen Positionen angeordnet werden. Beispielsweise kann ein solcher Erfassungsbereich 105 im Bereich der B-Säule angeordnet sein.
Ferner ist es von Vorteil, wenn das Zugangssystem anhand eines Identifikationsgebers eine Berechtigung zur Bedienung erkennen kann. Die Kommunikation mit dem ID-Geber kann insbesondere auch so ausgestaltet werden, dass Bediengesten im ID-Geber-individuell und insofern für bestimmte Personen individuell hinterlegt werden können.
2 zeigt eine mögliche Anordnung von Sensorflächen bzw. Elektroden E1, E2, E3, E4 für eine erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung 100. Zwischen einer oberen Elektrode E1 und einer unteren Elektrode E4 sind eine zweite und dritte Elektrode E2, E3 nebeneinander angeordnet. Mit Pfeilen sind mögliche unterscheidbare Bewegungsrichtungen für eine Geste dargestellt. Die Gesten sind natürlich auch in entgegengesetzter Richtung ausführbar und unterscheidbar. Für die Gesten von Links nach Rechts gibt es drei Möglichkeiten und für die Bewegungsrichtung von oben nach unten stehen fünf unterscheidbare Möglichkeiten zur Verfügung. Ferner lässt sich auch ein diagonales Überstreichen der Elektroden detektieren.
Die Erkennbarkeit von Gesten hängt grundsätzlich von der Größe und/oder Abstand der Elektroden sowie von dem kapazitätsbeeinflussenden Objekt, also Hand oder Finger, ab. In der Figur sind mit einem dickeren Pfeil die Bewegungsrichtungen gekennzeichnet, die in einem Fernbereich noch sicher erkannt werden können. Im dargestellten Fall sind nur eine seitliche und eine vertikale Wischbewegung auflösbar. Wird im Nahbereich eine Geste mit einem oder wenigen Finger ausgeführt können eine größere Anzahl von Einzelgesten, gekennzeichnet mit den kleineren Pfeilen, erfasst werden.
Um die Bedienfunktionalität zu erhöhen, kann es auch vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich auch ein direktes Überstreichen der Elektroden E1...E4 mit einem Finger registriert werden kann. Naturgemäß wird durch eine Bedienung mit einem Finger die Ortsauflösung einer solchen Anordnung verbessert, so dass ggf. eine größere Anzahl von Bediengesten sicher unterschieden werden kann.
Selbstverständlich können die Elektroden auch in einer anderen Geometrie oder in anderen Flächenverhältnissen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, weniger oder mehr als vier Elektroden zu verwenden. Überdies ist auch die Verwendung einer Referenzelektrode möglich.
3 zeigt eine weitere Anordnung der Ausführung gemäß 3, bei der die zweite und dritte Elektrode E2, E3 T-förmig ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich ein anderer zeitlicher Verlauf der erfassten Kapazität bei Überstreichen der Elektroden realisieren.
4 zeigt eine weitere Variante mit drei Elektroden. Die erste und zweite Elektrode E1, E2, sind nebeneinander angeordnet. Die dritte Elektrode E3 erstreckt sich oberhalb der beiden Elektroden E1, E2. Die möglichen und erkennbaren Bewegungsrichtungen sind wiederum mit Pfeilen dargestellt.
5 zeigt eine Ausführungsvariante mit zwei Elektroden. Die Geometrie zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Elektrode E1 eine Aussparung und die zweite Elektrode E2 einen verjüngten Bereich aufweist, wobei der verjüngte Bereich in die Aussparung der ersten Elektrode E1 hineinragt.
In 5a) und b) ist eine horizontale Wischbewegung gezeigt, bei die Geste zunächst über einer größeren Elektrodenfläche beginnt und im Weiteren den Grenzübergang und nachfolgend wieder eine größere Elektrodenfläche überstreicht. Anhand der zeitlichen Änderung der Elektrodenkapazität lässt sich erkennen in welcher Richtung die Geste ausgeführt wurde.
In 5c) ist eine Auf- und Abwärtsbewegung gezeigt. Da hier die Bewegung nicht über die große Elektrodenfläche beginnt, ist diese Bewegung eindeutig von der Seitwärtsbewegung zu unterscheiden. Um eine Geste in diesem mittleren Bereich beispielsweise bei kleinen Elektrodenflächen besser erfassen zu können, kann es auch vorgesehen sein, die Geste nicht berührungslos, sondern durch direktes Überstreichen des Bereiches durchzuführen. Mit direktem Überstreichen ist nicht zwingend eine direkte Elektrodenberührung gemeint, sondern auch ein sehr dichtes Vorbeiführen eines Fingers und/oder der Hand kann ggf. auch als Eingabeereignis erkannt werden. Insbesondere ist es, wie in allen anderen Elektrodenbeispielen auch, in der Regel vorgesehen, dass die Elektroden mit einer elektrisch isolierenden Schutzlackierung überzogen sind. Diese Schutzlackierung kann ggf. auch bereits der Fahrzeuglack sein.
Aufgrund der Symmetrie der der Ausnehmung kann im Fall 5c) nicht zwischen einer Auf- und Abwärtsbewegung unterschieden werden. In 5d) ist eine Variante gezeigt, bei der die Ausnehmung asymmetrisch angeordnet ist, so dass eine Geste im mittleren Bereich unterschiedlich große Elektrodenflächen überstreicht.
Die 5e), f) und g) zeigen jeweils eine direkte Berührung der Elektroden E1, E2. Da die Kapazitätsänderung durch ein direktes Berühren ein deutlich anders Verhalten aufzeigt als eine von der Elektrode beabstandete Bewegung, lassen sich auch hierüber eindeutige Eingabebefehle erfassen. Insbesondere ist es auch möglich, eine Reihenfolge der Berührungen zu erfassen.
In 6 sind beispielhaft die zeitlichen und räumlichen Kapazitätsänderungen an den Elektroden gemäß der Anordnung der 5 gezeigt. Grundsätzlich stellen sich in entsprechend angepasster Weise ähnliche Verläufe für die übrigen Elektrodenkonfigurationen ein.
In 6a) und b) sind die Kapazitätsänderung der ersten E1 und zweiten Elektrode E2 für das Beispiel gemäß 5a) dargestellt. Die Bewegung beginnt links außerhalb der Elektrode E1 mit Annäherung an die Elektrode E1 erhöht sich die Kapazität bis zu einem Maximum am Ort x_maxE1 an der Elektrode E1, um hiernach bei Übergang auf die zweite Elektrode E2 wieder abzufallen. Das Kapazitätsverhalten an der zweiten Elektrode E2 verhält sich quasi spiegelbildlich zu dem Verhalten an der Elektrode E1, mit einem Maximum am Ort x_maxE2.
Bei einer Auswertung wird typischerweise das zeitliche Verhalten ausgewertet mit der Annahme, dass die Geste innerhalb eines Toleranzbandes mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Wird beispielsweise ein Maximum zum Zeitpunkt t_maxE1 an der ersten Elektrode E1 erkannt, wird in einem zeitlichen Abstand Δt(t_maxE1, t_maxE2) +/– einer Toleranz ein Maximum t_maxE2 an der zweiten Elektrode E2 erwartet. Liegen beide Ereignisse vor, kann von einer gültigen Eingabegeste ausgegangen werden.
Alternativ oder auch zusätzlich können auch die Zeitpunkte t_SE1, t_SE2 bzw. die Differenz Δt(t_SE1, t_SE2) ermittelt werden an denen die Kapazität der beiden Elektroden E1, E2 einen Schwellenwert C_S überschreitet.
Bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung der Geste sind die gezeigten Kurven naturgemäß spiegelbildlich auszuwerten.
Die 7a) und b) zeigen die Kapazitätsänderung der ersten E1 und zweiten Elektrode E2 für das Beispiel gemäß 5c). In diesem Fall überstreicht die Geste die erste Elektrode E1 zweimal, so dass sich im Ergebnis auch zwei Maxima t_1maxE1, t_2maxE1 zeigen, während der Kapazitätsverlauf der zweiten Elektrode E2 nur ein Maximum t_1maxE2 zwischen den Maxima der ersten Elektrode E1 aufweist. Wie im oberen Beispiel können für die Erfassung die Zeitpunkte der Maxima oder die Zeitpunkte bei denen ein Kapazitätsschwellenwert überschritten wird ausgewertet werden.
Wie den Figuren zu entnehmen ist, kann aufgrund des symmetrischen Aufbaus nicht zwischen eine Auf- oder Abwärtsbewegung unterschieden werden.
Eine solche Unterscheidung kann beispielsweise durch den asymmetrischen Aufbau gemäß 5d) erreicht werden. In 8 ist ein entsprechender Verlauf der Kapazitätsänderung für eine Abwärtsbewegung im Fall 5d) gezeigt. Aufgrund der unterschiedlichen Größenverhältnisse der überstrichenden Flächen, weisen die Maxima und Schwellenwerte unterschiedliche Abstände auf, so dass zwischen den beiden Bewegungen unterschieden werden kann.
9 zeigt eine Variante der Ausführung gemäß 4 mit einer Konfiguration der ersten und zweiten Elektrode gemäß 5. Mit Hilfe der dritte Elektrode E3 die sich über die erste und zweite Elektrode E1, E2 erstreckt, lassen sich in den mit Pfeilen gekennzeichneten Bereichen mit großer Zuverlässigkeit die Richtung einer Geste erfassen.
10 zeigt eine erste und zweite Elektrode E1, E2 mit einer inneren Struktur gebildet durch jeweils drei Ausnehmungen 20. In 11a) sind die registrierbaren Kapazitätsänderungen für eine Geste in einem Fernbereich und in 11b) für einen Nahbereich dargestellt. Im Fernbereich wirken sich die Ausnehmungen in der Elektrode nicht aus, so dass im Wesentlichen nur die Kapazitätsänderung der gesamten Elektrode wahrgenommen wird. Im Nahbereich ist das Objekt bzw. die Hand so nah an der Elektrode, dass ein vorbeistreichen an den Ausnehmungen wie in 11b) gezeigt zu einer Abnahme der Kapazität führt, so dass beim Vorbeistreichen mehrere Minima und Maxima durchlaufen werden.
12 zeigt eine Anordnung, bei der die beiden Elektroden E1, E2 horizontal angeordnet sind mit jeweils Ausnehmungen, die vertikal gruppiert sind. In dieser Ausgestaltung kann im Fernbereich eine horizontale Bewegung und im Nahbereich insbesondere eine elektrodenindividuelle vertikale Bewegung erfasst werden.
13 zeigt eine Anordnung bei der beide Elektroden ineinandergreifende asymmetrische Bereiche aufweisen. Durch diese Ausgestaltung sind in der Feinstruktur mehrere mit Pfeilen angedeutete Bewegungsrichtungen erfassbar.
14 zeigt eine elektronische Schaltung mit der beispielsweise die vorgenannten Elektrodenkonfigurationen betrieben werden können. Die dargestellte Schaltung ist für drei Elektroden ausgebildet, wobei die zu untersuchende Kapazität in der Schaltung mit Cx1, 2, 3 gekennzeichnet ist. Vorzugsweise wird für die integrierten Schaltung der Typ 74HC132 mit insgesamt vier Schaltstufen 4 (NAND-Gatter) verwendet, wobei im Ruhezustand der steuerbare Gattereingang der mit 41 bezeichneten Schaltstufe auf dem logischen Zustand „Hoch“ liegt, so dass deren Ausgang den logischen Zustand „Tief“ einnimmt. Das hat zur Folge, dass für die Dauer dieses Zustandes die Schaltstufen 42, 43, 44 an ihrem nicht von außen steuerbaren Eingang ebenfalls auf „Tief“ liegen und somit signaltechnisch gesperrt sind, so dass deren Ausgänge für die Dauer dieses Signalzustandes auf „Hoch“ liegen und die Integrationsstufen 5 ebenfalls gesperrt sind, und der vorher von dem oben genannten Mikrocontroller µC gesteuerte Schalter S entladene, hier mit 8 bezeichnete Ladekondensator Ca entladen bleibt.
Der nicht mit der Betriebsspannung verbundene Steuereingang der Schaltstufe 41 ist mit einer Kalibriereinheit verbunden, die neben Rref und Cref einen Kalibrierwiderstand Rcal und einen Kondensator Ccal aufweist. Darüber hinaus sind über die Kondensatoren Cr1 und Cr2 zwei Hilfsspannungsquellen U1 und U2 angeschlossen.
Im Ruhezustand liegt einer der Takteingänge Takt 1, Takt 2, Takt 3 auf „Hoch“, die beiden anderen Takteingänge liegen auf „Tief“. Damit wird die Schaltstufe 42, deren Takteingang auf „Hoch“ liegt, für eine Impulserzeugung vorbereitet, während die beiden anderen Takteingänge während dieser Impulserzeugung durch das logische Eingangssignal „Tief“ weiterhin gesperrt bleiben.
Zur Erzeugung eines Impulses an einem der Ausgänge der Schaltstufen 42, 43, 44 werden durch eine extern angeschlossene, hier nicht dargestellte Steuereinheit, z.B. einen Mikrocontroller (µC), sowohl der Takteingang „Takt 0“ als auch der auf „Hoch“ liegende Takteingang von den Takteingängen Takt 1, Takt 2, Takt 3 gleichzeitig auf „Tief“ geschaltet. Dadurch gelangt das an „Takt 0“ angelegte Signal über den Tiefpass Rref, Cref an den Eingang des betreffenden NAND Gatters 41 und löst bei Erreichen der Schwellspannung an dessen Ausgang einen positiven Spannungssprung aus, wobei die Verzögerungszeit in starkem Maße von der Kalibriereinheit beeinflusst wird, mit deren Hilfe das Signal an Cref zeitlich verschoben und in seinem Verlauf beeinflusst werden kann. Zu diesem Zweck wird die Spannung Ucal und die Hilfsspannungen U1 und U2 angelegt. Diese Spannungen und auch die vier gezeigten Taktsignale (Takt 0, Takt 1, Takt 2, Takt 3) können von der zuvor beschriebenen Steuereinheit (µC) erzeugt werden.
Für eine sinnvolle Impulserzeugung sind alle Zeitkonstanten und alle Steuersignale, die signaltechnisch vor den Gattereingängen der Gatter 41 und 42, 43, 44 liegen, so dimensioniert, beziehungsweise eingestellt, dass zuerst die Spannung am Gattereingang des Gatters 41 seine negative Schaltschwelle erreicht. Dies bewirkt, dass an allen von außen nicht zugänglichen Gattereingängen der Gatter 42, 43, 44 der logische Zustand von „Tief“ auf „Hoch“ wechselt, so dass wie gezeigt, das Gatter 42, an dessen von außen zugänglichem Eingang der logische Zustand „Hoch“ anliegt, seinen Ausgang auf „Tief“ schaltet und somit eine nachfolgend angeschlossene Integrationsstufe 5 ansteuert. Damit wird ein Ladevorgang des mit 8 bezeichneten Kondensators Ca über eine der Integrationsstufen 5 gestartet. Die beiden anderen Gatter 43 und 44, an denen die von außen zugänglichen Eingänge weiterhin auf „Tief“ liegen, bleiben damit signaltechnisch gesperrt.
Danach erreicht die Spannung an dem von außen zugänglichen Gattereingang, dessen angeschlossener Takteingang gleichzeitig mit dem Signal „Takt 0“ von „Hoch“ auf „Tief“ geschaltet wird, seine negative Schaltschwelle, so dass der soeben von „Hoch“ auf „Tief“ geschaltete Gatterausgang wieder auf „Hoch“ zurück schaltet und somit die Ansteuerung der nachfolgend angeschlossenen Integrationsstufe 5 wieder unterbricht, wodurch der Ladevorgang des mit 8 bezeichneten Kondensators Ca beendet wird.
Somit wird bei Erreichen der Schwellspannung einer ersten Schaltstufe (41) ein Startsignal und bei Erreichen der Schwellspannung einer zweiten Schaltstufe (42, 43, 44) ein Stoppsignal erzeugt.
Die Referenzkapazität 1 ist mit einer Kalibriereinheit 9 zur gezielten Beeinflussung der durch die Referenzkapazität 1 erzeugten Verzögerungszeit verbunden, wobei die Kalibriereinheit 9 mindestens einen Widerstand Rcal, einen Kondensator Ccal und eine von der Auswerteeinheit (µC) steuerbare Spannungsquelle Ucal aufweist.
Damit ist die Zeitdauer der Ansteuerung der Integrationsstufen 5 abhängig von der zu messenden Elektrodenkapazität, welche dem jeweils aktivierten Takteingang (Takt 1, Takt 2, Takt 3) zugeordnet ist. Zur Auswertung einer beliebigen zu messenden Kapazität wird der jeweils zugeordnete Takteingang in der oben beschriebenen Weise angesteuert.
Die 15 zeigt das zugehörige Impulsdiagramm im Detail. Die Signale entsprechenden Takten aus 14. Man erkennt die zeitlich verzögerten, für die Gatter 43 und 44 bestimmten Takte 2 und 3.
Die mit „ts“ bezeichnete Zeitspanne dient zur Herstellung eines definierten Initialzustandes und muss mindestens so groß sein wie die Summe sämtlicher Verzögerungszeiten, die Einfluss auf das elektrische Potential der relevanten Kapazitäten haben können, und sorgt so für einen reproduzierbaren Ablauf der Messung.
Bezugszeichenliste

1: Referenzkapazität,
2: Messkapazität(en), Messelektrode(n)
3: Rechteckspannung, Taktsignal
4: Schaltstufen, (41, 42, 43, 44): NAND-Gatter 74HC132 mit Schmitt Trigger
5: Integrationsstufe (Bipolarer Miller-Integrator bzw. Stromquelle)
6: Steuersignal für die von außen nicht zugänglichen Gattereingänge (42, 43, 44)
7: Impulsdauer (Δt), repräsentiert den Messwert
8: Ladekondensator, Integrationskondensator
9: Kalibriereinheit
10: Fahrzeug
80: hintere Tür,
85: vordere Tür
100: Erfassungsvorrichtung
105: Erfassungsbereich
E1, 2, 3, 4: Elektrodenflächen,
Cx: Kapazität der Elektroden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1786645 B1 [0002]
DE 102012106526 A1 [0003, 0004]
DE 102012224007 A1 [0005]
EP 2059421 B1 [0006]
GB 2423808 A [0007]
WO 2010/057624 A1 [0007]
WO 2012/126586 A1 [0007]

Claims

Erfassungsvorrichtung für ein Zugangssystem eines Fahrzeugs (10), mit einer Elektrodenanordnung mit wenigstens zwei Elektroden (E1, E2...) zur Erfassung einer Bewegungsrichtung berührloser Bediengesten, mit einer Auswerteeinheit, die derart ausgestaltet ist, dass zeitliche Kapazitätsänderungen an den Elektroden (E1, E2...) im Hinblick auf das Vorhandensein einer Bediengeste ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (E1, E2...) so strukturiert und/oder angeordnet sind, dass Bediengesten in einem Nah- und Fernbereich unterscheidbar sind, wobei die Anordnung der Elektroden (E1, E2...) so ausgestaltet ist, dass Bediengesten im Fernbereich erfasst werden können, und die Struktur der Elektroden (E1, E2...) so ausgestaltet ist, dass über die Strukturierung nur Bediengesten im Nahbereich erfasst werden können.
Erfassungsvorrichtung (150) nach Anspruch 1, bei der die Anordnung der Elektroden (E1, E2...) so ausgestaltet ist, dass im Fernbereich eine Bediengeste einer Hand erfasst werden kann, und die Struktur der Elektroden (E1, E2...) so ausgestaltet ist, dass im Nahbereich eine Bediengeste eines oder mehrerer Finger erfasst werden können.
Erfassungsvorrichtung (150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Längenausdehnung der Elektrode (E1, E2) wenigstens zweimal so groß ist wie eine Breitenausdehnung.
Erfassungsvorrichtung (150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektroden (E1, E2...) derart angeordnet sind, dass die Längenseiten von wenigstens zwei Elektroden (E1, E2...) zumindest teilweise nebeneinander angeordnet sind.
Erfassungsvorrichtung (150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektroden (E1, E2) durch Ausnehmungen (20) und/oder Verjüngungen strukturiert sind.
Erfassungsvorrichtung (150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die von der Elektrode umfasste Fläche wenigstens eine Fläche von 1 cm² aufweist.
Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Sensorfläche (E1) eine Ausbuchtung und die zweite Sensorfläche (E2) eine Verjüngung aufweist und beide Elektroden (E1, E2) so angeordnet sind, dass Verjüngung und Ausbuchtung ineinandergreifen.
Erfassungsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, bei der die Längenausdehnung der gesamten Elektrode mindestens dreimal so groß ist wie die Längenausdehnung der Ausnehmung bzw. Verjüngung.
Erfassungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die derart ausgestaltet ist, dass die Kapazität der Elektroden (E1, E2) zeitlich sequentiell erfasst wird.
Erfassungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die derart ausgestaltet ist, dass Kombinationen von Nahbereichsgesten und Fernbereichsgesten mit gleichzeitiger Wirkung auf die Kapazität der Elektroden (E1, E2) erfasst werden.