DE102017213540A1

DE102017213540A1 - Capacitive proximity sensor and method of operating such

Info

Publication number: DE102017213540A1
Application number: DE102017213540.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Pohl; Robert Dick
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-02-15

Abstract

Es werden ein kapazitiver Näherungssensor (1) sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb angegeben. Der Näherungssensor (1) umfasst eine Elektrodenanordnung (3, 4) sowie eine Steuereinheit (2), die dazu eingerichtet ist, die Elektrodenanordnung (3, 4) mit einem felderzeugenden elektrischen Signal (U_e) einer vorgegebenen Messfrequenz (f_m) zu beaufschlagen und einen Elektrodenstrom (I) der Elektrodenanordnung (3, 4) frequenzselektiv bei der Messfrequenz (f_m) zu messen. Zwei Teilbereiche (7, 8, 9; 3, 4) der Elektrodenanordnung (3, 4) sind mit verschiedener frequenzabhängiger Impedanz mit der Steuereinheit (2) verbunden. Die Steuereinheit (2) variiert hierbei die Messfrequenz (f_m) derart, dass mindestens einer der Teilbereiche (7, 8, 9; 3, 4) der Elektrodenanordnung (3, 4) in Abhängigkeit von der Messfrequenz (f_m) reversibel aktiviert und deaktiviert wird. A capacitive proximity sensor (1) and a method for its operation are specified. The proximity sensor (1) comprises an electrode arrangement (3, 4) and a control unit (2) which is set up to apply a field-generating electrical signal (U _e ) to a predetermined measurement frequency (f _m ) to the electrode arrangement (3, 4) and an electrode current (I) of the electrode assembly (3, 4) frequency-selectively at the measuring frequency (f _m ) to measure. Two partial areas (7, 8, 9, 3, 4) of the electrode arrangement (3, 4) are connected to the control unit (2) with different frequency-dependent impedance. In this case, the control unit (2) varies the measuring frequency (f _m ) such that at least one of the partial areas (7, 8, 9; 3, 4) of the electrode arrangement (3, 4) is reversibly activated as a function of the measuring frequency (f _m ) and is deactivated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Näherungssensor. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen kapazitiven Näherungssensors. The invention relates to a capacitive proximity sensor. The invention further relates to a method for operating such a capacitive proximity sensor.

Kapazitive Näherungssensoren werden häufig bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um im Rahmen eines Kollisions- oder Einklemmschutzsystems Hindernisse zu erkennen, die der Bewegung eines verstellbaren Fahrzeugteils (beispielsweise einer absenkbaren Fensterscheibe) entgegenstehen. Alternativ werden kapazitive Näherungssensoren in Kraftfahrzeugen auch zur berührungslosen Erkennung eines Bedienbefehls eines Fahrzeugnutzers eingesetzt. Capacitive proximity sensors are often used in motor vehicles to detect obstacles in the context of a collision or anti-jamming system, which oppose the movement of an adjustable vehicle part (for example, a lowerable window). Alternatively, capacitive proximity sensors in motor vehicles are also used for non-contact detection of an operating command of a vehicle user.

Ein solcher Näherungssensor weist üblicherweise eine Elektrodenanordnung auf, die eine oder mehrere Sensorelektroden umfasst. Weiterhin umfasst ein solcher Näherungssensor üblicherweise eine Steuereinheit, die die Elektrodenanordnung messtechnisch ansteuert. Kapazitive Näherungssensoren werden dabei häufig entweder nach dem sogenannten „Ein-Elektroden-Prinzip“ oder nach dem sogenannten „Sender-Empfänger-Prinzip“ betrieben. Such a proximity sensor usually has an electrode arrangement which comprises one or more sensor electrodes. Furthermore, such a proximity sensor usually comprises a control unit, which controls the electrode arrangement by measurement. Capacitive proximity sensors are often operated either according to the so-called "one-electrode principle" or according to the so-called "transmitter-receiver principle".

Ein nach dem „Ein-Elektroden-Prinzip“ arbeitender Nährungssensor umfasst entweder nur eine einzige Sensorelektrode oder eine Mehrzahl gleichartiger Sensorelektroden. Die oder jede Sensorelektrode wird von der zugehörigen Steuereinheit mit einem felderzeugenden Signal in Form einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt, so dass die oder jede Sensorelektrode ein elektrisches Feld gegenüber Masse (beispielsweise einem geerdeten Fahrzeugteil) aufbaut. Gleichzeitig misst die Steuereinheit den Elektrodenstrom, der unter Wirkung der Wechselspannung auf die jeweilige Sensorelektrode fließt oder von dieser abfließt, als Maß für die elektrische Kapazität des zwischen der jeweiligen Sensorelektrode und Masse gebildeten Kondensators. A proximity sensor operating according to the "one-electrode principle" comprises either only a single sensor electrode or a plurality of similar sensor electrodes. The or each sensor electrode is acted upon by the associated control unit with a field-generating signal in the form of an alternating electrical voltage, so that the or each sensor electrode builds an electric field to ground (for example, a grounded vehicle part). At the same time, the control unit measures the electrode current, which flows under the action of the alternating voltage to the respective sensor electrode or flows away from it, as a measure of the electrical capacitance of the capacitor formed between the respective sensor electrode and ground.

Ein nach dem „Sender-Empfänger-Prinzip“ arbeitender Näherungssensor umfasst mindestens zwei Sensorelektroden, nämlich eine Sendeelektrode und eine Empfangselektrode. In diesem Fall regt die Steuereinheit die Sendeelektrode durch Beaufschlagung mit einer elektrischen Wechselspannung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes an. Gleichzeitig misst die Steuereinheit an der Empfangselektrode den Elektrodenstrom, der unter Wirkung dieses elektrischen Feldes induziert wird, als Maß für die elektrische Kapazität des zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode gebildeten Kondensators. A proximity sensor operating according to the "transmitter-receiver principle" comprises at least two sensor electrodes, namely a transmitting electrode and a receiving electrode. In this case, the control unit stimulates the transmitting electrode by applying an electrical alternating voltage to generate an electric field. At the same time, the control unit at the receiving electrode measures the electrode current which is induced under the effect of this electric field as a measure of the electrical capacitance of the capacitor formed between the transmitting electrode and the receiving electrode.

In beiden Fällen beruht die Funktion des kapazitiven Näherungssensors darauf, dass durch ein Annäherungsereignis, d.h. durch die Annäherung eines Objekts an die Elektrodenanordnung, die gemessene Kapazität der Elektrodenanordnung verändert wird. Kapazitive Sensoren sind dabei insbesondere sensitiv für die Annäherung von Körperteilen. In both cases, the function of the capacitive proximity sensor is based on the fact that a proximity event, i. by the approach of an object to the electrode assembly, the measured capacitance of the electrode assembly is changed. Capacitive sensors are particularly sensitive to the approach of body parts.

Für viele Anwendungen in der modernen Kraftfahrzeugtechnik ist eine ortsaufgelöse Detektion von Annäherungsereignissen wünschenswert, um beispielsweise die Bewegungsrichtung von Hindernissen oder befehlsgebenden Körperteilen eines Fahrzeugnutzers zu erfassen. Um eine ortsaufgelöste Messung zu ermöglichen, können mehrere unabhängige Näherungssensoren eingesetzt werden. Alternativ werden hierzu oft Nährungssensoren eingesetzt, deren Elektrodenanordnung eine Mehrzahl von einzeln ansteuerbaren Sensorelektroden oder Elektrodensegmenten umfasst. For many applications in modern automotive technology, a spatially-resolved detection of approach events is desirable, for example, to detect the direction of movement of obstacles or commanding body parts of a vehicle user. To enable a spatially resolved measurement, several independent proximity sensors can be used. Alternatively, for this purpose, proximity sensors are often used, whose electrode arrangement comprises a plurality of individually controllable sensor electrodes or electrode segments.

Beide Optionen verursachen allerdings einen vergleichsweise hohen Schaltungsaufwand, insbesondere zumal jede der mehreren Sensorelektroden oder Elektrodensegmente separat mit der Steuereinheit verdrahtet werden muss. However, both options cause a relatively high circuit complexity, especially since each of the multiple sensor electrodes or electrode segments must be wired separately to the control unit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten, aber dennoch zur ortsaufgelösten Erfassung von Annäherungsereignissen geeigneten kapazitiven Näherungssensor anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein einfach umsetzbares Verfahren zur ortsaufgelösten Erfassung von Annäherungsereignissen mittels eines kapazitiven Näherungssensors anzugeben. The object of the invention is to provide a capacitive proximity sensor which is of simple construction but nevertheless suitable for spatially resolved detection of approach events. The invention is further based on the object of specifying an easily implementable method for the spatially resolved detection of approaching events by means of a capacitive proximity sensor.

Bezüglich eines kapazitiven Nährungssensors wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines Verfahrens zum Betrieb eines kapazitiven Näherungssensors wird die obige Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. With respect to a capacitive proximity sensor, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to a method for operating a capacitive proximity sensor, the above object is achieved by the features of claim 8. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims and the description below.

Der erfindungsgemäße kapazitive Näherungssensor umfasst eine Elektrodenanordnung, die in an sich üblicher Weise mindestens eine Sensorelektrode umfasst. Weiterhin umfasst der Näherungsensor eine Steuereinheit. The capacitive proximity sensor according to the invention comprises an electrode arrangement which comprises at least one sensor electrode in a conventional manner. Furthermore, the proximity sensor comprises a control unit.

Der erfindungsgemäße Näherungssensor arbeitet nach dem eingangs beschriebenen „Ein-Elektroden-Prinzip“. Er weist also mindestens eine Sensorelektrode auf, die von der Steuereinheit mit einem felderzeugenden elektrischen Signal einer vorgegebenen Messfrequenz beaufschlagt wird, so dass die Sensorelektrode unter Wirkung des felderzeugenden elektrischen Signals ein elektrisches Feld gegenüber Masse aufbaut. Zusätzlich misst die Steuereinheit frequenzselektiv bei dieser Messfrequenz einen Elektrodenstrom, der unter Wirkung des felderzeugenden Signals auf die Sensorelektrode fließt oder von dieser abfließt. Wie eingangs erwähnt bildet dieser Elektrodenstrom ein Maß für die elektrische Kapazität des zwischen der jeweiligen Sensorelektrode und Masse gebildeten Kondensators. Sofern der Näherungssensor mehrere Sensorelektroden aufweist, werden diese Sensorelektroden vorzugsweise gleichzeitig oder zeitlich alternierend mit dem felderzeugenden elektrischen Signal beaufschlagt, so dass jede dieser Sensorelektroden ein elektrisches Feld gegenüber Masse aufbaut. The proximity sensor according to the invention operates according to the "one-electrode principle" described above. It therefore has at least one sensor electrode, which is acted upon by the control unit with a field-generating electrical signal of a predetermined measurement frequency, so that the sensor electrode builds up an electric field to ground under the effect of the field-generating electrical signal. In addition, the control unit measures frequency-selective at this measurement frequency, an electrode current flowing under the effect of the field-generating signal to the sensor electrode or from this drains. As mentioned above, this electrode current forms a measure of the electrical capacitance of the capacitor formed between the respective sensor electrode and ground. If the proximity sensor has a plurality of sensor electrodes, these sensor electrodes are preferably applied simultaneously or alternately with the field-generating electrical signal, so that each of these sensor electrodes builds up an electric field with respect to ground.

Erfindungsgemäß ist die Elektrodenanordnung in (mindestens) zwei Teilbereiche gegliedert, die mit verschiedener Impedanz mit der Steuereinheit verbunden sind, so dass elektrische Signale, die zwischen der Steuereinheit und der Elektrodenanordnung ausgetauscht werden, zumindest für einen der Teilbereiche der Elektrodenanordnung frequenzabhängig blockiert (gedämpft) oder durchgelassen werden. Die Elektrodenanordnung trägt dabei optional selbst signifikant zu dieser Impedanz bei, insbesondere durch kapazitive Kopplung gegen Masse (Streukapazität). According to the invention, the electrode arrangement is subdivided into (at least) two subregions which are connected to the control unit with different impedance, so that electrical signals which are exchanged between the control unit and the electrode arrangement are blocked (attenuated) or frequency-dependent for at least one of the subregions of the electrode arrangement be let through. Optionally, the electrode arrangement itself contributes significantly to this impedance, in particular by capacitive coupling to ground (stray capacitance).

Infolge der Impedanz der Verbindung zwischen der Steuereinheit und den Teilbereichen der Elektrodenanordnung kann somit zumindest einer der Teilbereiche durch Variation der Messfrequenz reversibel signalübertragungstechnisch von der Steuereinheit abgekoppelt (deaktiviert) oder mit die Steuereinheit gekoppelt (aktiviert) werden. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, diesen Effekt zu nutzen und entsprechend die Messfrequenz derart zu variieren, dass mindestens einer der Teilbereiche der Elektrodenanordnung in Abhängigkeit von der Messfrequenz reversibel aktiviert oder deaktiviert wird. As a result of the impedance of the connection between the control unit and the subregions of the electrode arrangement, at least one of the subregions can be reversibly decoupled (deactivated) from the control unit by variation of the measuring frequency or be coupled (activated) to the control unit. The control unit is set up to use this effect and accordingly to vary the measurement frequency such that at least one of the subareas of the electrode arrangement is reversibly activated or deactivated as a function of the measurement frequency.

Als „aktiviert“ oder „aktiv“ wird also ein Teilbereich der Elektrodenanordnung dann bezeichnet, wenn er bei der Messfrequenz mit geringer Impedanz mit der Steuereinheit verbunden ist, so dass elektrische Signale quasi ungeschwächt oder mit lediglich geringer Abschwächung zwischen der Steuereinheit und diesem Teilbereich der Elektrodenanordnung ausgetauscht werden können. Thus, a partial region of the electrode arrangement is designated as "activated" or "active" when it is connected to the control unit at the measuring frequency with low impedance, so that electrical signals are virtually unattenuated or with only slight attenuation between the control unit and this subarea of the electrode arrangement can be exchanged.

Als „deaktiviert“ oder „deaktiv“ wird ein Teilbereich der Elektrodenanordnung dagegen dann bezeichnet, wenn er bei der Messfrequenz mit vergleichsweise hoher Impedanz mit der Steuereinheit verbunden ist, so dass elektrische Signale dieser Messfrequenz nicht oder nur mit hoher Abschwächung zwischen der Steuereinheit und diesem Teilbereich der Elektrodenanordnung übertragen werden. On the other hand, a subarea of the electrode arrangement is referred to as "deactivated" or "deactivated" if it is connected to the control unit at the measurement frequency with comparatively high impedance, so that electrical signals of this measurement frequency are not or only with high attenuation between the control unit and this subarea the electrode assembly are transmitted.

Dadurch, dass die Teilbereiche der Elektrodenanordnung mit verschiedener Impedanz mit der Steuereinheit verbunden sind, wird ermöglicht, einzelne Teilbereiche der Elektrodenanordnung nur durch die Wahl der Messfrequenz reversibel zu aktivieren und zu deaktivieren. Hierdurch erübrigt sich das Erfordernis, die verschiedenen Teilbereiche der Elektrodenanordnung jeweils über eine Einzelverdrahtung mit der Steuereinheit zu verbinden. Vielmehr sind bei dem erfindungsgemäßen Näherungssensor bevorzugt mehrere Teilbereiche der Elektrodenanordnung über eine gemeinsame elektrische Leitung in Serien- oder Parallelschaltung mit der Steuereinheit verbunden. Des Weiteren erübrigen sich Schaltungsmittel wie z.B. Multiplexschalter, wie sie üblicherweise bei kapazitiven Näherungssensoren zur Selektion von Sensorelektroden eingesetzt werden. Entsprechend sind solche Schaltungsmittel bei dem erfindungsgemäßen Näherungssensor vorzugsweise auch nicht vorhanden. Insgesamt wird der Aufbau des Näherungssensors durch die frequenzselektive Aktivierung bzw. Deaktivierung mindestens eines Teilbereichs der Elektrodenanordnung wesentlich vereinfacht, ohne dass hierdurch die Möglichkeit zur ortsaufgelösten Erfassung von Annäherungsereignissen beeinträchtigt würde. The fact that the subregions of the electrode arrangement with different impedance are connected to the control unit makes it possible to reversibly activate and deactivate individual subregions of the electrode arrangement only by selecting the measuring frequency. This eliminates the need to connect the different sections of the electrode assembly each with a single wiring to the control unit. Rather, in the case of the proximity sensor according to the invention, preferably a plurality of subareas of the electrode arrangement are connected in series or in parallel to the control unit via a common electrical line. Furthermore, circuit means such as e.g. Multiplex switch, as they are commonly used in capacitive proximity sensors for the selection of sensor electrodes. Accordingly, such circuit means are preferably not present in the proximity sensor according to the invention. Overall, the structure of the proximity sensor is substantially simplified by the frequency-selective activation or deactivation of at least one subregion of the electrode arrangement, without this impairing the possibility of spatially resolved detection of proximity events.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist den Teilbereichen der Elektrodenanordnung ein frequenzselektives Impedanzglied, insbesondere ein Hochpass, Tiefpass oder Bandpass, zwischengeschaltet. Sofern die Elektrodenanordnung mehr als zwei Teilbereiche umfasst, ist dabei jeweils benachbarten Teilbereichen (d.h. Teilbereichen, die ohne Zwischenschaltung eines weiteren Teilbereichs elektrisch miteinander verbunden sind) ein solches Impedanzglied zwischengeschaltet. Sofern der Näherungssensor mehrere Impedanzglieder umfasst, sind die Kennlinien und Grenzfrequenzen dieser Impedanzglieder vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt (d.h. mit Versatz zueinander dimensioniert), dass durch Variation der Messfrequenz die einzelnen Teilbereiche sukzessive deaktiviert oder aktiviert werden können. In a preferred embodiment of the invention, a frequency-selective impedance element, in particular a high-pass, low-pass or bandpass, is interposed between the partial regions of the electrode arrangement. If the electrode arrangement comprises more than two partial areas, in each case adjacent partial areas (that is to say partial areas which are electrically connected to one another without the interposition of a further partial area) are interposed such an impedance element. If the proximity sensor comprises a plurality of impedance elements, the characteristic curves and cut-off frequencies of these impedance elements are preferably matched to one another (that is, dimensioned with an offset from one another) such that the individual subregions can be successively deactivated or activated by varying the measurement frequency.

In zweckmäßiger Ausführung ist das oder jedes Impedanzglied aus diskreten elektronischen Bauteilen (d.h. mindestens einem ohmschen Widerstand, mindestens einem Kondensator und/oder mindestens einer Induktivität) gebildet. Alternativ hierzu ist das oder jedes Impedanzglied integral durch Leiterstrukturen der Elektrodenanordnung gebildet, insbesondere durch Leiterstrukturen mit erhöhtem ohmschen Widerstand und/oder Leiterstrukturen, durch die eine Kapazität oder eine Induktivität gebildet ist. Diese Leiterstrukturen sind beispielsweise durch aufgedruckte oder gestanzte Leiterbahnen gebildet. Conveniently, the or each impedance member is formed of discrete electronic components (i.e., at least one ohmic resistor, at least one capacitor, and / or at least one inductor). Alternatively, the or each impedance element is integrally formed by conductor structures of the electrode assembly, in particular by conductor structures with increased resistance and / or conductor structures, through which a capacitance or an inductance is formed. These conductor structures are formed, for example, by printed or stamped conductor tracks.

Für eine ortsaufgelöste Messung ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, die Messfrequenz in einer vorgegebenen Stufenabfolge (also diskreten, zueinander beabstandeten Frequenzwerten) periodisch zu variieren, um mindestens einen Teilbereich der Elektrodenanordnung alternierend zu aktivieren und zu deaktivieren. For a spatially resolved measurement, the control unit is preferably configured to periodically vary the measurement frequency in a predetermined step sequence (ie, discrete frequency values spaced apart from each other) by at least one Partial area of the electrode assembly to activate and deactivate alternately.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind die verschiedenen Teilbereiche der Elektrodenanordnung durch verschiedene Segmente derselben Sensorelektrode gebildet, wobei diese Elektrodensegmente in Serienschaltung mit der Steuereinheit elektrisch verbunden sind. In an advantageous variant of the invention, the various partial regions of the electrode arrangement are formed by different segments of the same sensor electrode, these electrode segments being electrically connected in series with the control unit.

Die Impedanzen, über die die verschiedenen Elektrodensegmente (unmittelbar oder mittelbar) mit der Steuereinheit verbunden sind, sind dabei derart abgestuft, dass durch Variation der Messfrequenz entweder die gesamte Sensorelektrode (d.h. alle Segmente) aktiviert ist, oder dass einzelne Elektrodensegmente deaktiviert sind, während andere Elektrodensegmente aktiviert sind. Ein gemessenes Annäherungsereignis (d.h. eine gemessene Kapazitätsänderung) wird dabei durch Vergleich des für verschiedene Messfrequenzen gemessenen Elektrodenstroms einem der Elektrodensegmente zugeordnet: sofern eine gemessene Änderung des Elektrodenstroms bei bestimmten Messfrequenzen nicht auftritt, wird diese Änderung demjenigen Segment zugeordnet, das bei diesen Messfrequenzen deaktiviert war. The impedances, via which the different electrode segments are connected (directly or indirectly) to the control unit, are graduated in such a way that either the entire sensor electrode (ie all segments) is activated by varying the measurement frequency or individual electrode segments are deactivated while others Electrode segments are activated. A measured proximity event (i.e., a measured capacitance change) is assigned to one of the electrode segments by comparing the electrode current measured for different measurement frequencies: if a measured change in electrode current does not occur at certain measurement frequencies, that change is associated with the segment that was deactivated at those measurement frequencies.

In einer weiteren Variante der Erfindung sind die Teilbereiche der Elektrodenanordnung durch verschiedene Sensorelektroden gebildet, die in Parallelschaltung mit der Steuereinheit elektrisch verbunden sind. Die Steuereinheit ist hierbei insbesondere dazu eingerichtet, die Messfrequenz derart zu variieren, dass die Sensorelektroden alternativ im Wechsel zueinander aktiviert sind. In a further variant of the invention, the partial regions of the electrode arrangement are formed by different sensor electrodes, which are electrically connected in parallel with the control unit. In this case, the control unit is in particular configured to vary the measurement frequency such that the sensor electrodes are alternatively activated in alternation with one another.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf den Betrieb eines nach dem Ein-Elektroden-Prinzip arbeitenden kapazitiven Näherungssensors ausgerichtet, der – wie vorstehend beschrieben – eine Elektrodenanordnung mit (mindestens) zwei Teilbereichen (d.h. mehreren Sensorelektroden und/oder mehreren Elektrodensegmenten) aufweist, wobei diese Teilbereiche über eine elektrische Verbindung mit verschiedener Impedanz ansteuerbar sind. Als „Ansteuern“ eines Teilbereichs der Elektrodenanordnung wird hier und im Folgenden die Beaufschlagung dieses Teilbereichs mit einem felderzeugenden elektrischen Signal (insbesondere einem Spannungssignal) und die Messung des durch das Signal verursachten Elektrodenstroms bezeichnet. The inventive method is directed to the operation of a working according to the one-electrode principle capacitive proximity sensor, which - as described above - an electrode assembly having (at least) two sub-areas (ie, a plurality of sensor electrodes and / or a plurality of electrode segments), said sub-areas on an electrical connection with different impedance can be controlled. As "activation" of a partial region of the electrode arrangement, the loading of this partial region with a field-generating electrical signal (in particular a voltage signal) and the measurement of the electrode current caused by the signal are referred to here and below.

Entsprechend wird die Elektrodenanordnung verfahrensgemäß mit einem felderzeugenden elektrischen Signal einer vorgegebenen Messfrequenz beaufschlagt. Zusätzlich hierzu wird ein Elektrodenstrom der Elektrodenanordnung frequenzselektiv bei einer vorgegebenen Messfrequenz gemessen. Die Messfrequenz wird hierbei derart variiert, dass mindestens einer Teilbereiche der Elektrodenanordnung in Abhängigkeit von der Messfrequenz reversibel aktiviert oder deaktiviert wird. Accordingly, according to the method, the electrode arrangement is subjected to a field-generating electrical signal of a predetermined measuring frequency. In addition, an electrode current of the electrode assembly is frequency-selectively measured at a predetermined measurement frequency. In this case, the measuring frequency is varied in such a way that at least one subarea of the electrode arrangement is reversibly activated or deactivated as a function of the measuring frequency.

Vorzugsweise wird die Messfrequenz in einer vorgegebenen Stufenabfolge periodisch variiert, um mindestens einen Teilbereich der Elektrodenanordnung alternierend zu aktivieren und zu deaktivieren. The measuring frequency is preferably periodically varied in a predetermined step sequence in order to alternately activate and deactivate at least one partial area of the electrode arrangement.

Sofern die Elektrodenanordnung des Sensors durch mehrere Sensorelektroden gebildet ist, die über die elektrische Verbindung (insbesondere eine gemeinsame elektrische Zuleitung) in Parallelschaltung ansteuerbar sind, wird die Messfrequenz vorzugsweise derart variiert, dass die Sensorelektroden alternativ im Wechsel zueinander aktiviert werden. If the electrode arrangement of the sensor is formed by a plurality of sensor electrodes which can be controlled in parallel via the electrical connection (in particular a common electrical supply line), the measurement frequency is preferably varied such that the sensor electrodes are alternatively activated in alternation.

Der erfindungsgemäße Näherungssensor und das erfindungsgemäße Verfahren sind zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug zur Erkennung eines Hindernisses bei einem Kollisions- oder Einklemmschutzsystem oder zur berührungslosen Erkennung von Bedienbefehlen eines Kraftfahrzeugnutzers vorgesehen und ausgelegt. The proximity sensor according to the invention and the method according to the invention are intended and designed for use in a motor vehicle for detecting an obstacle in a collision or anti-pinch protection system or for non-contact detection of operating commands of a motor vehicle user.

Die berührungslose Erkennung von Bedienbefehlen dient dabei insbesondere zur berührungsfreien Steuerung von beweglichen Fahrzeugteilen, insbesondere dem Öffnen und/oder Schließen einer Fahrzeugtür, Heckklappe, Motorraumklappe oder eines Klappverdecks oder Schiebedachs. The non-contact detection of operating commands is used in particular for non-contact control of moving vehicle parts, in particular the opening and / or closing a vehicle door, tailgate, engine compartment lid or a folding roof or sunroof.

Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Einsatzzweck ist der Näherungssensor vorzugsweise dazu ausgelegt, die Annäherung eines Körperteils (insbesondere einer Hand oder eines Fußes) eines Fahrzeugnutzers bereits in einem Abstand von mehr als 10 cm, insbesondere bis zu 50 cm zu detektieren – die Auslösung des berührungslos vermittelten Bedienbefehls erfolgt dabei vorzugsweise allerdings erst bei einer weiteren Annäherung des Körperteils an die Elektrodenanordnung, z.B. auf eine Entfernung von 20–30 cm. According to the purpose described above, the proximity sensor is preferably designed to detect the approach of a body part (in particular a hand or a foot) of a vehicle user already at a distance of more than 10 cm, in particular up to 50 cm - the triggering of the contactlessly mediated operating command takes place, however, preferably only at a further approximation of the body part of the electrode assembly, eg at a distance of 20-30 cm.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in schematischer Darstellung einen kapazitiven Näherungssensor mit einer zwei Sensorelektroden umfassenden Elektrodenanordnung sowie mit einer Steuereinheit, wobei jede der beiden Sensorelektroden durch zwischengeschaltete Impedanzglieder in jeweils drei Elektrodensegmente unterteilt ist, 1 1 a schematic representation of a capacitive proximity sensor with an electrode arrangement comprising two sensor electrodes and with a control unit, wherein each of the two sensor electrodes is divided into three electrode segments by intermediate impedance elements,

2 in vier übereinander angeordneten, synchronen Diagrammen den zeitlichen Verlauf einer Messfrequenz (oberes Diagramm), den zeitlichen Verlauf eines Elektrodenstroms bei Auftreten eines Annäherungsereignisses im Bereich eines ersten, anschlussseitigen Elektrodensegments (zweites Diagramm von oben), den entsprechenden Verlauf des Elektrodenstroms bei Auftreten eines Annäherungsereignisses im Bereich des zweiten, mittleren Elektrodensegments (drittes Diagramm von oben), und den entsprechenden Verlauf des Elektrodenstroms bei Auftreten des Annäherungsereignisses im Bereich des dritten, anschlussfernen Elektrodensegments, 2 in four superimposed, synchronous diagrams the time course of a measurement frequency (upper diagram), the time course of an electrode current when a Approaching event in the region of a first, terminal-side electrode segment (second diagram from above), the corresponding course of the electrode current when an approaching event occurs in the region of the second, middle electrode segment (third diagram from above), and the corresponding profile of the electrode current when the approaching event occurs in the region the third, remote electrode segment,

3 in Darstellung gemäß 1 eine konkrete Ausführungsvariante des dortigen Näherungssensors, bei der die Impedanzglieder durch Tiefpässe aus diskreten elektronischen Bauteilen gebildet sind, die mit einer zu der Sensorelektrode parallelen Masseleitung verbunden sind, 3 in illustration according to 1 a concrete embodiment of the local proximity sensor, in which the impedance elements are formed by low-pass filters of discrete electronic components, which are connected to a parallel to the sensor electrode ground line,

4 in Darstellung gemäß 2 eine Variante des dortigen Näherungssensors, bei der die Impedanzglieder jeweils durch ohmsche Widerstände gebildet sind, die in Zusammenwirkung mit einer Streukapazität der Elektrodensegmente als Tiefpass wirken, 4 in illustration according to 2 a variant of the local proximity sensor, in which the impedance elements are each formed by ohmic resistors, which act in cooperation with a stray capacitance of the electrode segments as a low pass,

5 in Darstellung gemäß 4 eine Variante des dortigen Näherungssensors, bei der die ohmschen Widerstände durch integrale Leiterstrukturen der Elektrodenanordnung gebildet sind, 5 in illustration according to 4 a variant of the local proximity sensor, in which the ohmic resistances are formed by integral conductor structures of the electrode arrangement,

6 in Darstellung gemäß 1 eine weitere Ausführungsform des Näherungssensors, bei der eine der beiden Sensorelektroden über ein Impedanzglied mit der Steuereinheit verbunden ist, während die zweite Sensorelektrode mit der Steuereinheit kurzgeschlossen ist, und 6 in illustration according to 1 a further embodiment of the proximity sensor, wherein one of the two sensor electrodes is connected via an impedance element to the control unit, while the second sensor electrode is short-circuited to the control unit, and

7 in Darstellung gemäß 6 eine Variante des dortigen Näherungssensors, bei der beide Sensorelektroden über jeweils ein Impedanzglied mit der Steuereinheit verbunden sind. 7 in illustration according to 6 a variant of the local proximity sensor, in which both sensor electrodes are connected via a respective impedance element to the control unit.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt einen kapazitiven Näherungssensor 1, der zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur berührungslosen Erfassung eines Bedienbefehls eines Fahrzeugnutzers vorgesehen ist. In der bevorzugten Anwendung ist der Näherungssensor 1 dazu ausgelegt, die Annäherung des Fußes eines Fahrzeugnutzers als Bedienbefehl zum Öffnen oder Schließen der Heckklappe des Kraftfahrzeugs zu erkennen, und in diesem Fall die entsprechende Bewegung der Heckklappe zu veranlassen. 1 shows a capacitive proximity sensor 1 , which is intended for use in a motor vehicle, in particular for the contactless detection of an operating command of a vehicle user. In the preferred application, the proximity sensor is 1 adapted to detect the approach of the foot of a vehicle user as a control command for opening or closing the tailgate of the motor vehicle, and in this case to cause the corresponding movement of the tailgate.

Der Näherungssensor 1 umfasst eine Steuereinheit 2 sowie eine Elektrodenanordnung, die aus zwei länglichen Sensorelektroden 3 und 4 gebildet ist. The proximity sensor 1 includes a control unit 2 and an electrode assembly consisting of two elongate sensor electrodes 3 and 4 is formed.

Die Steuereinheit 2 ist beispielsweise durch einen applikationsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebildet und über jeweils eine elektrische Zuleitung 5 mit einem Längsende 6 der zugeordneten Sensorelektrode 3 bzw. 4 verbunden. The control unit 2 is formed, for example, by an application-specific integrated circuit (ASIC) and in each case via an electrical supply line 5 with a longitudinal end 6 the associated sensor electrode 3 respectively. 4 connected.

Entlang ihrer Längserstreckung ist jede der beiden Sensorelektroden 3 und 4 jeweils in drei Elektrodensegmente 7, 8 und 9 gegliedert. Das Elektrodensegment 7 grenzt hierbei an das an die Zuleitung 5 angeschlossene Längsende 6 an und ist deshalb auch als „anschlussseitiges“ Elektrodensegment 7 bezeichnet. Entsprechend sind das Elektrodensegment 8 auch als „mittleres“ Elektrodensegment 8 und das Elektrodensegment 9 auch als „anschlussfernes“ Elektrodensegment 9 bezeichnet. Along its longitudinal extent is each of the two sensor electrodes 3 and 4 each in three electrode segments 7 . 8th and 9 divided. The electrode segment 7 borders on this to the supply line 5 connected longitudinal end 6 and is therefore also called the "connection-side" electrode segment 7 designated. Accordingly, the electrode segment 8th also as a "middle" electrode segment 8th and the electrode segment 9 also as a "remote connection" electrode segment 9 designated.

Den benachbarten Elektrodensegmenten 7 und 8 bzw. 8 und 9 ist jeweils ein Impedanzglied 10 bzw. 11 zwischengeschaltet. Im dargestellten Beispiel sind beide Impendanzglieder 10, 11 durch Tiefpässe, insbesondere Tiefpässe erster Ordnung gebildet. Die beiden Impedanzglieder 10 und 11 sind hierbei derart dimensioniert, dass sie unterschiedliche Grenzfrequenzen f₁ bzw. f₂ aufweisen. Konkret ist die Grenzfrequenz f₁ des anschlussnahen Impedanzglieds 10 höher als die Grenzfrequenz f₂ des anschlussfernen Impedanzglieds 11. The adjacent electrode segments 7 and 8th respectively. 8th and 9 is in each case an impedance element 10 respectively. 11 interposed. In the example shown, both are Impendanzglieder 10 . 11 formed by low passes, especially first order low passes. The two impedance links 10 and 11 are here dimensioned such that they have different cutoff frequencies f ₁ and f ₂ . Specifically, the cutoff frequency f _{1 of} the impedance element close to the connection is 10 higher than the limit frequency f _{2 of} the remote impedance element 11 ,

In dem dargestellten Beispiel arbeitet der Näherungssensor 1 nach dem vorstehend beschriebenen „Ein-Elektroden-Prinzip“. Hierbei beaufschlagt die Steuereinheit 2 jede der beiden Sensorelektroden 3 und 4 gleichzeitig oder zeitlich versetzt mit einem felderzeugenden elektrischen Signal in Form einer (beispielsweise sinusförmigen oder rechteckigen) Wechselspannung mit einer vorgegebenen Messfrequenz f_m. Diese Wechselspannung ist nachfolgend auch als Erregerspannung U_e bezeichnet. In the example shown, the proximity sensor works 1 according to the above-described "one-electrode principle". In this case, the control unit acts on 2 each of the two sensor electrodes 3 and 4 simultaneously or temporally offset with a field-generating electrical signal in the form of a (for example, sinusoidal or rectangular) AC voltage with a predetermined measuring frequency f _m . This alternating voltage is also referred to below as the excitation voltage U _e .

Unter Wirkung der Erregerspannung U_e erzeugen die beiden Sensorelektroden 3 und 4 jeweils ein (in 1 grob schematisch angedeutetes) elektrisches Feld F, das sich zwischen der jeweiligen Sensorelektrode 3, 4 und Masse M (d.h. auf Massenpotential liegenden elektrischen Leitern in der Umgebung der Sensorelektroden 3, 4) erstreckt. Jede der beiden Sensorelektroden 3 und 4 bildet somit mit Masse M jeweils einen elektrischen Kondensator aus, dessen Kapazität durch die Steuereinheit 2 gemessen wird. Als Maß für diese Kapazität misst die Steuereinheit 2 den Elektrodenstrom I, der unter Wirkung der Erregerspannung U_e auf die jeweilige Sensorelektrode 3 bzw. 4 fließt. Konkret misst die Steuereinheit 2 hierbei spektral engbandig denjenigen Anteil des Stromsignals, der mit der Messfrequenz f_m fluktuiert. Als „Elektrodenstrom I“ bestimmt die Steuereinheit 2 dabei den Absolut- oder Effektivwert dieses Stromanteils. Nieder- und hochfrequente Anteile des auf die Sensorelektroden fließenden Stroms werden in der Steuereinheit 2 somit ausgefiltert und sind somit in dem von der Steuereinheit 2 erfassten Elektrodenstrom I nicht enthalten. Under the action of the excitation voltage U _e , the two sensor electrodes generate 3 and 4 one each (in 1 roughly schematically indicated) electric field F, which is located between the respective sensor electrode 3 . 4 and ground M (ie, ground potential electrical conductors in the vicinity of the sensor electrodes 3 . 4 ). Each of the two sensor electrodes 3 and 4 thus forms with mass M each have an electrical capacitor whose capacity is controlled by the control unit 2 is measured. As a measure of this capacity measures the control unit 2 the electrode current I, the effect of the excitation voltage U _e to the respective sensor electrode 3 respectively. 4 flows. Specifically, the control unit measures 2 in this case spectrally narrow-band that portion of the current signal which fluctuates with the measuring frequency f _m . The control unit determines as "electrode current I" 2 while the absolute or RMS value of this proportion of electricity. Low and high frequency components of the current flowing to the sensor electrodes be in the control unit 2 thus filtered out and are thus in the of the control unit 2 detected electrode current I not included.

Die Funktion des Näherungssensors 1 beruht auf dem Effekt, dass durch Annäherung von Objekten, insbesondere Körperteilen eines Fahrzeugnutzers, an die Sensorelektroden 3 und 4 die an diesen Sensorelektroden 3, 4 messbare Kapazität und damit der Elektrodenstrom I geändert werden. Die Steuereinheit 2 erkennt solche Annäherungsereignisse entsprechend an der damit verbundenen Änderung des Elektrodenstroms I. Der Näherungssensor 1 ist beispielsweise dazu ausgelegt, den Fuß eines Fahrzeugnutzers bereits zu detektieren, wenn dieser auf eine Distanz von 50 cm an die Sensorelektroden 3, 4 angenähert wird. Der Bedienbefehl wird dabei beispielsweise erkannt, wenn der Fuß in einer kickartigen Bewegung auf eine Distanz von z.B. mindestens 30 cm an die Elektrodenanordnung herangeführt und wieder entfernt wird. The function of the proximity sensor 1 is based on the effect that by approaching objects, in particular body parts of a vehicle user, to the sensor electrodes 3 and 4 the at these sensor electrodes 3 . 4 measurable capacity and thus the electrode current I can be changed. The control unit 2 detects such approach events according to the associated change in the electrode current I. The proximity sensor 1 For example, it is designed to already detect the foot of a vehicle user when it is at a distance of 50 cm to the sensor electrodes 3 . 4 is approximated. The operating command is thereby recognized, for example, when the foot is brought in a kick-like movement to a distance of, for example, at least 30 cm to the electrode arrangement and removed again.

Infolge der zwischengeschalteten Impedanzglieder 10 und 11 sind die drei Elektrodensegmente 7, 8, 9 jeweils mit verschiedener Impedanz mit der Steuereinheit 2 verbunden, so dass die drei Elektrodensegmente 7, 8, 9 Annäherungsereignisse, mit unterschiedlicher Frequenzabhängigkeit detektieren. Insbesondere lassen sich die Elektrodensegmente 8 und 9 jeder der beiden Sensorelektroden 3 und 4 durch Wahl der Messfrequenz f_m reversibel aktivieren und deaktivieren. Due to the intermediate impedance elements 10 and 11 are the three electrode segments 7 . 8th . 9 each with different impedance with the control unit 2 connected so that the three electrode segments 7 . 8th . 9 Detecting approach events with different frequency dependence. In particular, the electrode segments can be 8th and 9 each of the two sensor electrodes 3 and 4 Activate and deactivate f _m reversibly by selecting the measuring frequency.

Der Aktivierungszustand der Elektrodensegmente 7–9 wird allgemein bestimmt durch die von der Messfrequenz f_m abhängige Fähigkeit der Elektrodensegmente 7–9, den Elektrodenstrom I im Falle eines Annäherungsereignisses zu beeinflussen. The activation state of the electrode segments 7 - 9 is generally determined by the ability of the electrode segments dependent on the measurement frequency f _m 7 - 9 to influence the electrode current I in the case of a proximity event.

Sofern die Messfrequenz f_m die Grenzfrequenz f₂ des Impedanzgliedes 11 unterschreitet (f_m < f₂), sind beide Impedanzglieder 10, 11 für die Erregerspannung U_e durchlässig. Entsprechend wird auch der Elektrodenstrom I von allen drei Elektrodensegmenten 7–9 beeinflusst. Mithin sind alle drei Elektrodensegmente 7–9 aktiviert. If the measuring frequency f _{m is} the limit frequency f _{2 of} the impedance element 11 falls below (f _m <f ₂ ), both are impedance elements 10 . 11 permeable to the excitation voltage U _e . Accordingly, the electrode current I of all three electrode segments 7 - 9 affected. Thus, all three are electrode segments 7 - 9 activated.

Liegt die Messfrequenz f_m dagegen zwischen den beiden Grenzfrequenzen f₁ und f₂ (f₂ < f_m < f₁), ist nur das Impedanzglied 10 für die Erregerspannung U_e durchlässig, während das Impedanzglied 11 für die Erregerspannung U_e zumindest weitgehend undurchlässig ist. Somit können nur die Elektrodensegmente 7 und 8 den Elektrodenstrom I beeinflussen, während das Elektrodensegment 9 weitgehend strom- und spannungsfrei ist. Es sind in diesem Fall also nur die Elektrodensegmente 7 und 8 aktiviert, während das Elektrodensegment 9 deaktiviert ist. On the other hand, if the measuring frequency f _m lies between the two limit frequencies f ₁ and f ₂ (f ₂ <f _m <f ₁ ), then only the impedance element is concerned 10 permeable to the excitation voltage U _e , while the impedance element 11 is at least largely impermeable to the excitation voltage U _e . Thus, only the electrode segments 7 and 8th affect the electrode current I, while the electrode segment 9 is largely free of current and voltage. In this case, therefore, only the electrode segments are involved 7 and 8th activated while the electrode segment 9 is disabled.

Wenn schließlich die Messfrequenz f_m die erste Grenzfrequenz f₁ übersteigt (f_m > f₁), wird die Erregerspannung U_e bereits durch das Impedanzglied 10 ausgefiltert, so dass nur noch das Elektrodensegment 7 aktiv ist und den Elektrodenstrom beeinflusst, während die Elektrodensegmente 8 und 9 deaktiviert sind. Finally, if the measurement frequency f _m exceeds the first limit frequency f ₁ (f _m > f ₁ ), the excitation voltage U _{e is} already through the impedance element 10 filtered out, leaving only the electrode segment 7 is active and affects the electrode current while the electrode segments 8th and 9 are disabled.

Um im Betrieb des Näherungssensors 1 Annäherungsereignisse in Längsrichtung der Sensorelektroden 3 und 4 ortsaufgelöst zu detektieren, stimmt die Steuereinheit 2 im Betrieb des Näherungssensors 1 die Messfrequenz f_m stufenweise periodisch durch. Der entsprechende zeitliche Verlauf der Messfrequenz f_m ist in 2 zuoberst in einem Diagramm der Frequenz f gegen die Zeit t dargestellt. Eingetragen in dieses Diagramm sind auch die Grenzfrequenzen f₁ und f₂. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass die Steuereinheit 2 die Messfrequenz f_m periodisch zwischen drei Frequenzwerten f_m1, f_m2 und f_m3 schaltet, wobei f_m1 unterhalb der Grenzfrequenz f₂ liegt (f_m1 < f₂), während der Frequenzwert f_m2 zwischen den Grenzfrequenzen liegt (f₂ < f_m2 < f₁), und während der Frequenzwert f_m3 die Grenzfrequenz f₁ übersteigt (f_m3 > f₁). To operate the proximity sensor 1 Proximity events in the longitudinal direction of the sensor electrodes 3 and 4 Locally resolved to detect, agrees the control unit 2 during operation of the proximity sensor 1 the measurement frequency f _m stepwise through periodically. The corresponding time profile of the measurement frequency f _m is in 2 shown at the top in a diagram of the frequency f versus the time t. Also entered into this diagram are the cutoff frequencies f ₁ and f ₂ . The illustration shows that the control unit 2 the measurement frequency f _m periodically switches between three frequency _values f _m1 , f _m2 and f _m3 , where f _{m1 is} below the cutoff frequency f ₂ (f _m1 <f ₂ ), while the frequency _value f _m2 lies between the cutoff frequencies (f ₂ <f _m2 <f _1), and while the frequency value f _m3 exceeds the cutoff frequency f ₁ (f _m3> f _1).

Die drei unteren Diagramme in 2 zeigen jeweils für eine der Sensorelektroden 3, 4 den zeitlichen Verlauf des Elektrodenstroms I. Mit gestrichelter Linie ist hierbei der Verlauf des Elektrodenstroms I für den ungestörten Fall dargestellt, d.h. für den Fall, dass sich kein zu detektierendes Objekt in dem Erfassungsbereich des Näherungssensors 1 befindet. Mit durchgezogener Linie ist dagegen jeweils der Fall dargestellt, dass zu einem Zeitpunkt t₁ ein Annäherungsereignis A auftritt (dass also ein zu detektierendes Objekt in den Erfassungsbereich des Näherungssensors 1 eintritt). The three lower diagrams in 2 each show for one of the sensor electrodes 3 . 4 the time course of the electrode current I. In this case, the course of the electrode current I for the undisturbed case is shown with a dashed line, that is, in the event that no object to be detected in the detection range of the proximity sensor 1 located. By a solid line, however, the case is shown in each case that at a time t _1, a proximity event A occurs (ie that an object to be detected in the detection range of the proximity sensor 1 entry).

Die drei in den drei unteren Diagrammen der 2 jeweils dargestellten Fälle unterscheiden sich in der Position entlang der Längserstreckung der Sensorelektrode 3 bzw. 4, an der das Annäherungsereignis A auftritt. The three in the three lower diagrams of the 2 Cases shown in each case differ in the position along the longitudinal extent of the sensor electrode 3 respectively. 4 at which the approaching event A occurs.

In dem im zweitobersten Diagramm der 2 dargestellten Fall tritt das Annäherungsereignis A in dem Bereich des anschlussnahen Elektrodensegments 7 auf. Entsprechend verzeichnet die Steuereinheit 2, jeweils im Vergleich zu dem ungestörten Fall, für alle Frequenzwerte f_m1–f_m3 eine Änderung des Elektrodenstroms I und ordnet das Annäherungsereignis A entsprechend dem Elektrodensegment 7 zu. In the second-highest diagram of the 2 In the illustrated case, the approaching event A occurs in the region of the terminal-proximal electrode segment 7 on. Accordingly, the control unit registers 2 , in each case in comparison with the undisturbed case, a change of the electrode current I for all frequency _values f _m1 -f _m3 and arranges the approaching event A corresponding to the electrode segment 7 to.

In dem dritten Diagramm von oben ist der Fall dargestellt, dass das Annäherungsereignis A im Bereich des mittleren Elektrodensegments 8 stattfindet. Entsprechend führt dieses Annäherungsereignis A nur in denjenigen Zeitintervallen zu einer Änderung des Elektrodenstroms I, in denen das mittlere Elektrodensegment 8 aktiv ist, nämlich für Zeitintervalle, in denen die Messfrequenz f_m die Grenzfrequenz f₁ unterschreitet (f_m < f₁). In den übrigen Zeitintervallen entspricht der Verlauf des Elektrodenstroms I dem ungestörten Fall. Die Steuereinheit 2 ordnet ein solches Annäherungsereignis A entsprechend dem Elektrodensegment 8 zu. Im untersten Diagramm der 2 ist schließlich der Fall dargestellt, dass das Annäherungsereignis A im Bereich des anschlussfernen Elektrodensegments 9 stattfindet. In diesem Fall führt dieses Annäherungsereignis A nur dann zu einer Änderung des Elektrodenstroms I, wenn das Elektrodensegment 9 aktiv ist, nämlich dann, wenn die Messfrequenz f_m auch die Grenzfrequenz f₂ unterschreitet (f_m < f₂). In den übrigen Zeitintervallen entspricht der Verlauf des Elektrodenstroms I dem ungestörten Fall. Die Steuereinheit 2 ordnet ein solches Annäherungsereignis A entsprechend dem Elektrodensegment 9 zu. In the third diagram from above, the case is shown that the approaching event A in the region of the central electrode segment 8th takes place. Accordingly, this approaching event A only leads to a change in those time intervals of the electrode current I, in which the middle electrode segment 8th is active, namely for time intervals in which the measuring frequency f _m falls below the limit frequency f ₁ (f _m <f ₁ ). In the remaining time intervals, the course of the electrode current I corresponds to the undisturbed case. The control unit 2 associates such a proximity event A with the electrode segment 8th to. In the bottom diagram of the 2 Finally, the case is shown that the approaching event A in the region of the remote terminal electrode segment 9 takes place. In this case, this approach event A only leads to a change in the electrode current I when the electrode segment 9 is active, namely when the measuring frequency f _m also falls below the limit frequency f ₂ (f _m <f ₂ ). In the remaining time intervals, the course of the electrode current I corresponds to the undisturbed case. The control unit 2 associates such a proximity event A with the electrode segment 9 to.

Hierdurch werden Annäherungsereignisse A in Längsrichtung der jeweiligen Sensorelektrode 3, 4 ortsaufgelöst erfasst. Eine weitere Ortsauflösung, insbesondere in einer quer zur Längsrichtung der Sensorelektroden 3 und 4 ausgerichteten Richtung wird dadurch erzielt, dass die Steuereinheit 2 die Sensorelektroden 3 und 4 unabhängig voneinander ansteuert und daher jedes erfasste Annäherungsereignis A der entsprechenden Sensorelektrode 3 oder 4 zuordnet. Für eine zweidimensional ortsaufgelöste Erfassung von Annäherungsereignissen A sind die Sensorelektroden 3 und 4 insbesondere in der in 1 dargestellten Weise übereinander angeordnet. As a result, approach events A become in the longitudinal direction of the respective sensor electrode 3 . 4 recorded in a spatially resolved manner. Another spatial resolution, in particular in a direction transverse to the longitudinal direction of the sensor electrodes 3 and 4 aligned direction is achieved by the fact that the control unit 2 the sensor electrodes 3 and 4 independently of each other and therefore each detected approaching event A of the corresponding sensor electrode 3 or 4 assigns. For a two-dimensionally spatially resolved detection of approaching events A, the sensor electrodes are 3 and 4 especially in the 1 way shown above.

3 zeigt eine konkrete Ausbildung des Näherungssensors 1, bei der die Impedanzglieder 10 und 11 durch diskrete elektronische Bauteile, nämlich jeweils einen zwischen die Sensorelemente 7 und 8 bzw. 8 und 9 geschalteten Widerstand 12 und einen Kondensator 13 gebildet sind. Die Kondensatoren 13 sind hierbei jeweils zwischen die jeweilige Sensorelektrode 3 bzw. 4 und eine parallele Masseleitung 14 geschaltet. 3 shows a concrete embodiment of the proximity sensor 1 in which the impedance elements 10 and 11 by discrete electronic components, namely one between the sensor elements 7 and 8th respectively. 8th and 9 switched resistance 12 and a capacitor 13 are formed. The capacitors 13 are each between the respective sensor electrode 3 respectively. 4 and a parallel ground line 14 connected.

4 zeigt eine Ausführungsvariante des Näherungssensors 1, bei der die Impedanzglieder 10 und 11 als diskretes Bauteil lediglich den Widerstand 12 aufweisen. Anstelle des diskreten Kondensators 13 wird hierbei zur Realisierung der Tiefpassfunktion eine Streukapazität 15 der Elektrodensegmente 8 und 9 gegen Massen M genutzt. Diese Streukapazität 15 ist in 4 in Form eines Ersatzschaltbildes eingetragen. 4 shows a variant of the proximity sensor 1 in which the impedance elements 10 and 11 as a discrete component, only the resistance 12 exhibit. Instead of the discrete capacitor 13 In this case, a stray capacitance is realized to realize the low-pass function 15 the electrode segments 8th and 9 used against masses M. This stray capacity 15 is in 4 entered in the form of an equivalent circuit diagram.

5 zeigt eine Variante des Näherungssensors 1, die hinsichtlich Struktur und Wirkungsweise im Wesentlichen der in 4 darstellten Ausführungsform entspricht. Im Unterschied zu der letztgenannten Ausführungsform sind gemäß 5 die diskreten Widerstände 12 aber durch Widerstände 16 ersetzt, die durch integral mit der jeweiligen Sensorelektrode 3 bzw. 4 ausgebildete Leiterstrukturen gebildet sind. Auch hier wird zur Erzielung der Tiefpasswirkung die Streukapazität 15 der Elektrodensegmente 8 und 9 gegen Masse M genutzt. 5 shows a variant of the proximity sensor 1 which, in terms of structure and mode of operation, are substantially similar to those in 4 represented embodiment corresponds. In contrast to the latter embodiment are according to 5 the discrete resistances 12 but by resistance 16 replaced by integral with the respective sensor electrode 3 respectively. 4 trained ladder structures are formed. Again, to achieve the low-pass effect, the stray capacitance 15 the electrode segments 8th and 9 used against mass M.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Näherungssensors 1, bei der die Sensorelektroden 3 und 4 nicht in mehrere Elektrodensegmente untergliedert sind. Ein weiterer Unterschied des Näherungssensors 1 gemäß 6 zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, dass die beiden Sensorelektroden 3 und 4 hier nicht separat mit der Steuereinheit 2 verbunden sind. Vielmehr sind die Sensorelektroden 3 und 4 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 in Parallelschaltung über eine gemeinsame Zuleitung 17 mit der Steuereinheit 2 verbunden. In der Ausführung gemäß 6 ist hierbei dem Längsende 6 der Sensorelektrode 3 und der Zuleitung 17 ein Impedanzglied 18 zwischengeschaltet, das beispielsweise durch einen Tiefpass mit einer Grenzfrequenz f₃ gebildet ist. Die Sensorelektrode 4 ist mit der Steuereinheit 2 dagegen über die Zuleitung 17 kurzgeschlossen. 6 shows a further embodiment of the proximity sensor 1 in which the sensor electrodes 3 and 4 not divided into several electrode segments. Another difference of the proximity sensor 1 according to 6 to the embodiments described above is that the two sensor electrodes 3 and 4 not here separately with the control unit 2 are connected. Rather, the sensor electrodes 3 and 4 in the embodiment according to 6 in parallel via a common supply line 17 with the control unit 2 connected. In the execution according to 6 is here the longitudinal end 6 the sensor electrode 3 and the supply line 17 an impedance element 18 interposed, which is formed for example by a low-pass filter with a cutoff frequency f ₃ . The sensor electrode 4 is with the control unit 2 on the other hand via the supply line 17 shorted.

Die Steuereinheit 2 des Näherungssensors 1 gemäß 6 entspricht hinsichtlich ihrer Funktion im Wesentlichen den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Abweichend hiervon schaltet die Steuereinheit 2 die Messfrequenz f_m aber vorzugsweise zwischen lediglich zwei diskreten Frequenzwerten, nämlich einem ersten Frequenzwert, der die Grenzfrequenz f₃ unterschreitet, und einem zweiten Frequenzwert, der die Grenzfrequenz f₃ überschreitet. Die Sensorelektrode 4 ist hierbei stets (d.h. für beide Frequenzwerte der Messfrequenz f_m) aktiviert. Die Sensorelektrode 3 ist dagegen lediglich für Zeitintervalle aktiviert, für die die Messfrequenz f_m die Grenzfrequenz f₃ unterschreitet. Durch alternierende Aktivierung und Deaktivierung der Sensorelektrode 3 unterscheidet die Steuereinheit 2 hierbei – analog zu 2 – zwischen Annäherungsereignissen im Bereich der Sensorelektrode 3 und Annäherungsereignissen im Bereich der Sensorelektrode 4. The control unit 2 of the proximity sensor 1 according to 6 In terms of its function substantially corresponds to the embodiments described above. Deviating from this, the control unit switches 2 the measuring frequency f _m but preferably between only two discrete frequency values, namely a first frequency value which falls below the cutoff frequency f ₃ , and a second frequency value which exceeds the cutoff frequency f ₃ . The sensor electrode 4 is always activated (ie for both frequency values of the measuring frequency f _m ). The sensor electrode 3 On the other hand, it is activated only for time intervals for which the measuring frequency f _m falls below the limit frequency f ₃ . By alternating activation and deactivation of the sensor electrode 3 distinguishes the control unit 2 here - analogous to 2 Between proximity events in the region of the sensor electrode 3 and approach events in the region of the sensor electrode 4 ,

Die in 7 dargestellte Variante des Näherungssensors 1 entspricht wiederum im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 6. Abweichend hiervon ist gemäß 7 aber dem Längsende 6 der Sensorelektrode 4 und der Zuleitung 17 ein weiteres Impedanzglied 19 zwischengeschaltet. Dieses Impedanzglied 19 ist hierbei als Hochpass mit der Grenzfrequenz f₃ ausgebildet. Somit werden – je nachdem, ob die Messfrequenz f_m die Grenzfrequenz f₃ unterschreitet oder überschreitet – die beiden Sensorelektroden 3 und 4 alternativ und wechselseitig deaktiviert oder aktiviert. Hierdurch vereinfacht sich die Zuordnung eines von der Steuereinheit 2 detektieren Annäherungsereignisses zu derjenigen Sensorelektrode 3 oder 4, an welcher dieses Annäherungsereignis stattfindet. In the 7 illustrated variant of the proximity sensor 1 again in turn substantially corresponds to the embodiment according to FIG 6 , Deviating from this is according to 7 but the longitudinal end 6 the sensor electrode 4 and the supply line 17 another impedance element 19 interposed. This impedance element 19 is formed here as a high pass with the cutoff frequency f ₃ . Thus, depending on whether the measurement frequency f _m falls below or exceeds the cutoff frequency f ₃ , the two sensor electrodes 3 and 4 alternatively and mutually deactivated or activated. This simplifies the assignment of one of the control unit 2 detect proximity event to that sensor electrode 3 or 4 at which this approaching event takes place.

Die Erfindung wird anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele besonders deutlich, ist gleichwohl auf diese Ausführungsbeispiele aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. The invention will be particularly apparent from the embodiments described above, but is not limited to these embodiments. Rather, other embodiments of the invention may be derived from the claims and the foregoing description.

So können beispielsweise bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Näherungssensors 1 die beschriebenen Impedanzglieder 10, 11, 18 und 19 durch andersartige Impedanzglieder ersetzt werden, wodurch sich gegebenenfalls die beschriebenen Frequenzabhängigkeiten ändern oder umkehren. Insbesondere können die als Tiefpass beschriebenen Impedanzglieder 10, 11 und 18 auch durch Hochpässe oder Bandpässe ersetzt werden. Entsprechend kann das als Hochpass beschriebene Impedanzglied 19 auch durch einen Tiefpass oder einen Bandpass gebildet sein. Die Impedanzglieder 10, 11 können weiterhin auch durch eine geeignet dimensionierte Kombination aus einem Hochpass und einem Tiefpass gebildet sein. In einer zweckmäßigen Ausführung sind beispielsweise das anschlussnahe Impedanzglied 10 durch einen Hochpass mit einer vergleichsweise niedrigen Grenzfrequenz, und das anschlussferne Impedanzglied 11 durch einen Tiefpass mit einer höheren Grenzfrequenz gebildet. Thus, for example, in all embodiments of the proximity sensor described above 1 the described impedance elements 10 . 11 . 18 and 19 be replaced by different impedance elements, which may change or reverse the described frequency dependencies, if necessary. In particular, the impedance elements described as low pass can 10 . 11 and 18 also be replaced by high passes or band passes. Accordingly, the impedance element described as high-pass can 19 also be formed by a low pass or a bandpass. The impedance elements 10 . 11 can also be formed by a suitably dimensioned combination of a high pass and a low pass. In an expedient embodiment, for example, the connection-near impedance element 10 through a high pass with a comparatively low cutoff frequency, and the remote impedance element 11 formed by a low pass with a higher cutoff frequency.

Sofern der Näherungssensor mehrere, in Segmente gegliederte Sensorelektroden umfasst, können die Grenzfrequenzen der einander entsprechenden Impedanzglieder für verschiedene Sensorelektroden auch unterschiedlich gewählt sein. Ebenfalls können bei der Ausführungsform gemäß 7 auch die Impedanzglieder 18 und 19 derart dimensioniert sein, dass sie verschiedene Grenzfrequenzen aufweisen. If the proximity sensor comprises a plurality of sensor electrodes arranged in segments, the cut-off frequencies of the corresponding impedance elements for different sensor electrodes can also be selected differently. Also, in the embodiment according to 7 also the impedance elements 18 and 19 be dimensioned so that they have different cutoff frequencies.

Der Näherungssensor 1 kann schließlich auch zur Funktion nach dem Sender-Empfänger-Prinzip eingerichtet sein. In diesem Fall umfasst der Näherungssensor 1 vorzugsweise zusätzlich zu den Sensorelektroden 3, 4 eine weitere (nicht dargestellte) Sensorelektrode, die als Sendeelektrode von der Steuereinheit 2 mit der Erregerspannung U_e beaufschlagt wird. Die Sensorelektroden 3 und 4 sind hierbei vorzugsweise als Empfangselektroden mit einem Kapazitätsmessglied der Steuereinheit 2 verbunden, so dass die Steuereinheit 2 den Elektrodenstrom I misst, der unter Wirkung der Erregerspannung U_e und des hierdurch von der Sendeelektrode emittierten elektrischen Feldes F in einer der Sensorelektroden 3 und 4 induziert wird. The proximity sensor 1 Finally, it can also be set up to function according to the transceiver principle. In this case, the proximity sensor includes 1 preferably in addition to the sensor electrodes 3 . 4 a further (not shown) sensor electrode, which serves as a transmitting electrode of the control unit 2 is applied to the excitation voltage U _e . The sensor electrodes 3 and 4 are here preferably as receiving electrodes with a capacitance measuring element of the control unit 2 connected, so the control unit 2 measures the electrode current I, which under the action of the excitation voltage U _e and the electric field F thus emitted by the transmitting electrode in one of the sensor electrodes 3 and 4 is induced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Näherungssensor Proximity sensor
2 2: Steuereinheit control unit
3 3: Sensorelektrode sensor electrode
4 4: Sensorelektrode sensor electrode
5 5: Zuleitung supply
6 6: Längsende longitudinal end
7–9 7-9: Elektrodensegment electrode segment
10 10: Impedanzglied impedance element
11 11: Impedanzglied impedance element
12 12: Widerstand resistance
13 13: Kondensator capacitor
14 14: Masseleitung ground line
15 15: Streukapazität stray capacitance
16 16: Widerstand resistance
17 17: Zuleitung supply
18 18: Impedanzglied impedance element
19 19: Impedanzglied impedance element
f f: Frequenz frequency
f₁–f₃ f ₁ -f ₃: Grenzfrequenz cut-off frequency
f_m f _m: Messfrequenz measuring frequency
f_m1–f_m3 f _m1 -f _m3: Frequenzwert frequency value
t t: Zeit Time
t₁ t ₁: Zeitpunkt time
A A: Annäherungsereignis approaching event
F F: (elektrisches)Feld (electric field
I I: Elektrodenstrom electrode current
M M: Masse Dimensions
U_e U _e: Erregerspannung excitation voltage

Claims

Capacitive proximity sensor ( 1 ) for detecting an obstacle in a collision or Entklemmschutzsystem in a motor vehicle or for the contactless detection of operating commands of a motor vehicle user, with an electrode assembly and with a control unit ( 2 ), - wherein the electrode arrangement has at least one sensor electrode ( 3 . 4 ), the control unit ( 2 ) is adapted to the sensor electrode ( 3 . 4 ) to be applied to a field-generating electrical signal (U _e ) of a predetermined measuring frequency (f _m ), so that the sensor electrode ( 3 . 4 ) builds an electric field to ground, and frequency-selective at the measuring frequency (f _m ) to measure an electrode current (I), the effect of the field-generating electrical signal (U _e ) on the sensor electrode ( 3 . 4 ) flows or flows away from it, two subregions ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode assembly with different impedance with the control unit ( 2 ) and the control unit ( 2 ) is adapted to vary the measurement frequency (f _m ) such that at least one of the subregions (f) 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode assembly ( 3 . 4 ) is reversibly activated and deactivated as a function of the measuring frequency (f _m ).

Capacitive proximity sensor ( 1 ) according to claim 1, wherein the subregions ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode arrangement a frequency-selective impedance element ( 10 . 11 . 18 . 19 ) is interposed.

Capacitive proximity sensor ( 1 ) according to claim 2, wherein the impedance element ( 10 . 11 . 18 . 19 ) is integrally formed by conductor patterns of the electrode assembly.

Capacitive proximity sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the control unit ( 2 ) is arranged to periodically vary the measurement frequency (f _m ) in a predetermined sequence of steps to at least a portion ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode assembly alternately activate and deactivate in time.

Capacitive proximity sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the subregions ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode assembly through different segments ( 7 . 8th . 9 ) of the same sensor electrode ( 3 . 4 ) are connected in series with the control unit ( 2 ) are electrically connected.

Capacitive proximity sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the subregions ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode arrangement by means of different sensor electrodes ( 3 . 4 ) are formed in parallel with the control unit ( 2 ) are electrically connected.

Capacitive proximity sensor ( 1 ) according to claim 6, wherein the control unit ( 2 ) is adapted to vary the measurement frequency (f _m ) such that the sensor electrodes ( 3 . 4 ) are alternately activated in alternation.

Method for operating a capacitive proximity sensor ( 1 ) for detecting an obstacle in a collision or Entklemmschutzsystem in a motor vehicle or for non-contact detection of operating commands of a motor vehicle user, wherein the proximity sensor ( 1 ) an electrode arrangement having at least one sensor electrode ( 3 . 4 ), wherein the sensor electrode ( 3 . 4 ) is applied with a field-generating electrical signal (U _e ) of a predetermined measuring frequency (f _m ), so that the sensor electrode ( 3 . 4 ) builds an electric field to ground, and wherein frequency-selectively at a predetermined measuring frequency (f _m ) an electrode current (I) is measured, the effect of the field-generating, electrical signal (U _e ) on the sensor electrode ( 3 . 4 ) flows or flows away from the latter, wherein the electrode arrangement has two partial regions ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ), which are controllable via an electrical connection with different impedance, wherein the measuring frequency (f _m ) is varied such that at least one of the subregions ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode arrangement is reversibly activated and deactivated as a function of the measuring frequency (f _m ).

Method according to Claim 8, in which the measuring frequency (f _m ) is periodically varied in a predetermined sequence of stages in order to produce at least one subregion ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode assembly alternately activate and deactivate in time.

Method according to claim 8 or 9, wherein the subregions ( 7 . 8th . 9 ; 3 . 4 ) of the electrode arrangement by means of different sensor electrodes ( 3 . 4 ) are formed, which are controlled via the electrical connection in parallel to each other, and wherein the measuring frequency (f _m ) is varied such that the sensor electrodes ( 3 . 4 ) are alternately activated in alternation.