DE102022119158A1

DE102022119158A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung

Info

Publication number: DE102022119158A1
Application number: DE102022119158.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Winker; Marc-Tell Lammich
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Detektionselement auf, welches ein mit einem Fluid gefülltes Detektionsvolumen umschließt. Das Detektionselement ist dazu eingerichtet, auf einer Umrandung der Öffnung oder auf dem beweglichen Element so angeordnet zu werden, dass das Detektionsvolumen, wenn das bewegliche Element die Öffnung verschließt, sich entlang zumindest eines Teils eines Außenumfangs der Öffnung erstreckt und zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element angeordnet ist. Die Vorrichtung weist ferner einen Sensor auf, der dazu eingerichtet ist, ein Messsignal auszugeben, das einen Druck des Fluids in dem Detektionsvolumen und/oder eine Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen und/oder innerhalb des Detektionsvolumens charakterisiert.

Description

GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung.
HINTERGRUND
Automatisch betätigbare Türen und Klappen kommen in verschiedenen Anwendungsgebieten zum Einsatz, unter anderem im Automobilbereich, zum Beispiel als Heckklappe, Seitentür oder Tankdeckelklappe. Die Tür oder Klappe kann beispielsweise von einem Aktuator oder Aktor wie etwa einem Elektromotor angetrieben werden, um diese automatisch zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung zu bewegen.
Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass ein Objekt wie zum Beispiel ein Finger oder eine Hand eines Benutzers, von der sich automatisch schließenden Tür oder Klappe eingeklemmt oder eingequetscht wird. Aus diesem Grund werden häufig Sensoren vorgesehen, die dazu eingerichtet sind zu erkennen, ob ein Objekt von der Tür oder Klappe eingeklemmt wird oder sich zwischen der Tür oder Klappe und der Umrandung einer von dieser zu verschließenden Öffnung befindet, zum Beispiel mechanische Tastschalter oder Lichtschranken. Aus der US 9,234,979 B2 ist ferner ein Quetschsensor bekannt, der mehrere Elektroden aufweist und dazu eingerichtet ist, anhand einer Kapazität und/oder eines elektrischen Widerstands zwischen den Elektroden eine Verformung des Sensors, zum Beispiel beim Einklemmen eines Objekts, zu erkennen.
Die bisher bekannten Lösungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Viele solcher Sensoren sind lediglich dazu eingerichtet, ein Objekt oder einen Kontakt zwischen Tür/Klappe und Objekt an einer bestimmten Stelle zu erkennen, so dass das Einklemmen eines Objekts an anderen Stellen nicht erkannt werden kann oder eine Vielzahl von Sensoren vorgesehen werden muss, um größere Bereiche abzudecken. Zudem sind bekannte Sensoren vielfach entweder nicht in der Lage, das Einklemmen eines Objekts mit ausreichender Zuverlässigkeit zu erkennen, oder weisen eine hohe Komplexität auf, wodurch die Herstellung der Sensoren mit hohen Kosten verbunden ist und im Betrieb ein hoher Wartungsaufwand entstehen kann.
ÜBERBLICK
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch eine Tür oder Klappe bereitzustellen, die einfach und kostengünstig herzustellen und zu betreiben und zugleich in der Lage ist, ein Einklemmen innerhalb eines ausgedehnten Bereichs mit hoher Zuverlässigkeit zu erkennen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird eine Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung vorgesehen. Die Vorrichtung weist ein Detektionselement auf, welches ein mit einem Fluid gefülltes Detektionsvolumen umschließt. Das Detektionselement ist dazu eingerichtet, auf einer Umrandung der Öffnung oder auf dem beweglichen Element so angeordnet zu werden, dass das Detektionsvolumen, wenn das bewegliche Element die Öffnung verschließt, sich entlang zumindest eines Teils eines Außenumfangs der Öffnung erstreckt und zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element angeordnet ist. Die Vorrichtung weist ferner einen Sensor auf, der dazu eingerichtet ist, ein Messsignal auszugeben, das einen Druck des Fluids in dem Detektionsvolumen und/oder eine Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen und/oder innerhalb des Detektionsvolumens charakterisiert.
Das Detektionselement kann eine oder mehrere Wände aufweisen, die das Detektionsvolumen begrenzen. Das Detektionselement kann eine längliche Form aufweisen und kann zum Beispiel schlauchförmig ausgebildet sein. Das Detektionsvolumen kann sich entlang der gesamten Länge des Detektionselements erstrecken. Das Detektionselement kann aus einem flexiblen und/oder deformierbaren Material hergestellt sein, zum Beispiel aus einem elastisch verformbaren Kunststoff (Elastomer) oder Gummi. Das Detektionselement kann das Detektionsvolumen fluiddicht (zum Beispiel luft- oder wasserdicht) umschließen, so dass das Fluid nicht aus dem Detektionsvolumen austreten kann. In manchen Ausführungsformen kann das Detektionsvolumen eine oder mehrere Auslässe oder Öffnungen aufweisen, durch die das Fluid aus dem Detektionsvolumen austreten kann.
Das Detektionselement kann dazu eingerichtet sein, auf der Umrandung der Öffnung oder auf dem beweglichen Element befestigt zu werden, zum Beispiel verklebt, verschweißt oder mittels mechanischer Befestigungselemente befestigt zu werden. Wenn das Detektionselement auf der Umrandung oder dem beweglichen Element angeordnet ist und das bewegliche Element die Öffnung verschließt (d.h. sich in einer geschlossenen Stellung befindet), kann das Detektionselement sowohl mit der Umrandung als auch mit dem beweglichen Element in Kontakt sein und in manchen Ausgestaltungen von diesen deformiert, insbesondere zusammendrückt oder komprimiert, werden.
Das Detektionsvolumen kann sich entlang einer Länge von mindestens 10 cm, in manchen Beispielen von mindestens 20 cm, vorzugsweise von mindestens 50 cm, in einem Beispiel von mindestens 1 m entlang des Außenumfangs der Öffnung erstrecken (d.h. mindestens die entsprechende Länge aufweisen). Die Länge und/oder Form des Detektionsvolumen kann abhängig von den Abmessungen und/oder der Form der Öffnung gewählt sein, zum Beispiel so dass sich das Detektionsvolumen entlang eines bestimmten Bereichs des Außenumfangs der Öffnung erstreckt, beispielsweise wie unten in Bezug auf die erfindungsgemäße Anordnung beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Detektionselement eine Dichtung, insbesondere eine Schlauch- oder Hohlkammerdichtung. Die Dichtung kann dazu eingerichtet sein, einen Zwischenraum zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element abzudichten, zum Beispiel wasser- und/oder luftdicht abzudichten.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht das Detektionsvolumen in Fluidverbindung mit einer Umgebung des Detektionselements und das Fluid ist Umgebungsluft. Das Detektionsvolumen kann beispielsweise einen oder mehrere Auslässe oder Öffnungen aufweisen, durch die Luft mit der Umgebung ausgetauscht werden kann. Der oder die Auslässe können zum Beispiel an einem oder mehreren Enden des Detektionselements oder entlang der Länge des Detektionselements, zum Beispiel in einem regelmäßigen Abstand voneinander, angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann das Fluid ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit, zum Beispiel ein Öl, Wasser oder eine wässrige Lösung sein.
Der Sensor kann ein Drucksensor sein oder einen Drucksensor umfassen. Der Drucksensor kann dazu eingerichtet sein, ein Messsignal auszugeben, das den Druck des Fluids an einer oder mehreren Stellen in dem Detektionsvolumen charakterisiert, d.h. mit dem Druck in einem bekannten Zusammenhang steht, zum Beispiel proportional zu dem Druck ist. In manchen Ausgestaltungen kann der Sensor dazu eingerichtet, sein, den Druck des Fluids in dem Detektionsvolumen zu messen oder zu bestimmen (z.B. den Wert des Drucks explizit zu ermitteln). Der Drucksensor kann jede Art von Drucksensor sein, der dazu eingerichtet ist, einen Druck im relevanten Druckbereich zu messen, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 0.5 bar und 2 bar, in einem Beispiel in einem Bereich zwischen 0.1 bar und 10 bar. Der Drucksensor kann beispielsweise ein kapazitiver Drucksensor, eine induktiver Drucksensor und/oder ein piezoresistiver und/oder piezoelektrischer Drucksensor sein. In einem Beispiel ist der Drucksensor ein Dehnungsmessstreifen.
Wird ein Objekt (z.B. ein von dem beweglichen Element und der Umrandung verschiedenes Fremdobjekt) durch das bewegliche Element eingeklemmt, zum Beispiel zwischen dem beweglichen Objekt und der Umrandung der Öffnung, kann das Objekt mit dem Detektionselement in Kontakt kommen und einen Druck auf dieses auszuüben. Dies kann, beispielsweise durch eine Deformation des Detektionselements, zu einer Veränderung, beispielsweise einem Anstieg, des Drucks des Fluids in dem Detektionsvolumen führen. Diese Veränderung kann mittels des Sensors detektiert werden und so das Einklemmen des Objekts erkannt werden. Das Fluid kann eine lokale Druckänderung an der Kontaktstelle über das gesamte Detektionsvolumen verteilen bzw. weiterleiten, so dass mit einem einzelnen Sensor ein Einklemmen entlang der gesamten Länge des Detektionsvolumens erkannt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor ein Durchflusssensor oder umfasst einen Durchflusssensor. Der Durchflusssensor kann dazu eingerichtet sein, ein Messsignal auszugeben, das eine Flussrate des Fluids charakterisiert, d.h. mit der Flussrate in einem bekannten Zusammenhang steht, zum Beispiel proportional zu der Flussrate ist. In manchen Ausgestaltungen kann der Sensor dazu eingerichtet, sein, die Flussrate des Fluids zu messen oder zu bestimmen (z.B. den Wert der Flussrate explizit zu ermitteln). Der Sensor kann ein bidirektionaler Durchflusssensor sein, der dazu eingerichtet ist, ein Messsignal für eine Flussrate in zwei verschiedenen Richtungen auszugeben, zum Beispiel die Flussrate in zwei verschiedene Richtungen zu messen (zum Beispiel aus dem Detektionsvolumen heraus und in das Detektionsvolumen herein). In manchen Ausgestaltungen umfasst der Sensor sowohl einen Drucksensor als auch einen Durchflusssensor.
Der Durchflusssensor kann dazu eingerichtet sein, ein Messsignal auszugeben, das eine Flussrate des Fluids aus dem (sowie optional in das) Detektionsvolumen charakterisiert. Der Durchflusssensor kann mit einem Auslass des Detektionsvolumens in Fluidverbindung stehen, zum Beispiel an oder in dem Auslass angeordnet sein oder mit dem Auslass über ein Verbindungselement wie einen Schlauch oder Kanal verbunden sein. Der Durchflusssensor kann dazu eingerichtet sein, ein Messsignal auszugeben, das eine Flussrate des Fluids durch den Auslass charakterisiert.
Wird ein Objekt durch das bewegliche Element eingeklemmt, zum Beispiel zwischen dem beweglichen Objekt und der Umrandung der Öffnung, kann durch den auf das Detektionselement ausgeübten Druck Fluid aus dem Detektionsvolumen verdrängt werden und zum Beispiel durch den oder die Auslässe austreten. Die Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen kann mittels des Sensors detektiert werden und so das Einklemmen des Objekts erkannt werden.
In manchen Ausgestaltungen kann der Durchflusssensor alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet sein, ein Messsignal auszugeben, das eine Flussrate des Fluids innerhalb des Detektionsvolumens, zum Beispiel durch oder entlang des Detektionsvolumens, charakterisiert. In einem Beispiel kann die Vorrichtung Mittel zum Erzeugen eines Fluidstroms innerhalb des Detektionsvolumens, zum Beispiel eine Pumpe und/oder einen Lüfter, aufweisen. Die Vorrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, einen Fluidstrom durch das Detektionsvolumen, zum Beispiel von einem Ende des Detektionsvolumens zum gegenüberliegenden Ende, zu erzeugen. Der Durchflusssensor kann dazu eingerichtet sein, ein Messsignal auszugeben, das eine Flussrate dieses Fluidstroms charakterisiert.
Wird ein Objekt durch das bewegliche Element eingeklemmt, zum Beispiel zwischen dem beweglichen Objekt und der Umrandung der Öffnung, kann durch den auf das Detektionselement ausgeübten Druck zum Beispiel das Detektionselement deformiert und eine Querschnittsfläche des Detektionsvolumens verändert werden. Dies kann zu einer Änderung, insbesondere eine Verringerung, der Flussrate des Fluids innerhalb des Detektionsvolumens führen, die mittels des Sensors detektiert werden kann, um das Einklemmen des Objekts zu erkennen.
Der Durchflusssensor kann jede Art von Durchflusssensor sein, der dazu eingerichtet ist, einen Flussrate im relevanten Bereich von Flussraten zu messen, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 100 µL/s und 1 mL/s, in einem Beispiel zwischen 10 µL/s und 10 mL/s. Der Durchflusssensor kann beispielsweise ein magnetisch-induktiver Durchflusssensor oder ein kalorimetrischer Durchflusssensor sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Durchflusssensor ein mikroelektromechanisches System, MEMS, auf, d.h. ist ein MEMS-basierter Durchflusssensor. Der Durchflusssensor kann insbesondere ein MEMS-basierter kalorimetrischer Durchflusssensor sein.
Das bewegliche Element kann beispielsweise eine Klappe, eine Tür oder ein Fenster sein. Das bewegliche Element kann dazu eingerichtet sein, die Öffnung ganz oder teilweise zu verschließen. Das bewegliche Element kann dazu eingerichtet sein, die Öffnung hermetisch oder wasserdicht zu verschließen. In anderen Ausführungsformen kann das bewegliche Element die Öffnung lediglich teilweise verschließen und zum Beispiel selbst eine weitere Öffnung aufweisen. Das bewegliche Element kann Teil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder eines Automobils, sein. Das bewegliche Element kann zum Beispiel eine Heck- oder Kofferraumklappe, eine Seitentür oder eine Tankdeckelklappe sein. Entsprechend kann die Öffnung zum Beispiel eine Heck- oder Kofferraumöffnung oder eine Türöffnung eines Fahrzeugs sein.
Das bewegliche Element kann automatisch betätigbar sein. Das bewegliche Element kann beispielsweise von einem Aktor/Aktuator wie etwa einem Elektromotor angetrieben werden. Der Aktuator kann dazu eingerichtet sein, dass bewegliche Element von einer geöffneten Stellung, in der das bewegliche Element die Öffnung nicht verschließt, in eine geschlossene Stellung, in der das bewegliche Element die Öffnung ganz oder teilweise verschließt, zu überführen sowie optional von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung zu überführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zwei oder mehr Sensoren auf, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein Messsignal auszugeben, das einen Druck des Fluids in dem Detektionsvolumen und/oder eine Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen und/oder innerhalb des Detektionsvolumens an einer entsprechenden Stelle entlang des Detektionsvolumens charakterisiert. Die Sensoren können jeweils wie oben beschrieben ausgebildet sein. Die Sensoren können an verschiedenen Stellen entlang des Detektionsvolumens angeordnet sein und/oder mit verschiedenen Stellen des Detektionsvolumens in Fluidverbindung stehen. Beispielsweise kann jeweils ein Sensor an gegenüberliegenden Enden des Detektionsvolumens vorgesehen sein und/oder die Sensoren können in regelmäßigen Abständen entlang des Detektionsvolumens vorgesehen sein. Durch Vorsehen mehrerer Sensoren kann Redundanz geschaffen und somit die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert werden. Zudem kann das Einklemmen eines Objektes basierend auf einer differentiellen Messung erkannt werden, zum Beispiel wie im Folgenden beschrieben, und damit beispielsweise die Erkennungsgenauigkeit verbessert werden.
In einigen Ausgestaltungen kann die Vorrichtung eine Steuereinheit aufweisen, die beispielsweise als Hardware und/oder Software ausgebildet sein kann. Die Steuereinheit kann zum Beispiel einen Prozessor sowie ein Speichermedium aufweisen, wobei das Speichermedium Programmbefehle zur Ausführung durch den Prozessor enthält, um die hier beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, anhand des von dem Sensor ausgegebenen Messsignals zu erkennen, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist, zum Beispiel wie für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Die Steuereinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen ganz oder in Teilen auszuführen.
In einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung zwei oder mehr Sensoren auf und die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, anhand einer differentiellen Messung mit zwei oder mehr der Sensoren zu erkennen, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist, zum Beispiel wie im Folgenden für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben.
In anderen Ausgestaltungen kann die Vorrichtung selbst keine Steuereinheit aufweisen. Stattdessen kann/können der oder die Sensoren zum Beispiel dazu eingerichtet sein, das Messsignal für eine externe Steuereinheit, beispielsweise ein Steuergerät wie eine electronic control unit (ECU) eines Fahrzeugs, bereitzustellen oder an diese zu übertragen. Die externe Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, anhand des von dem Sensor ausgegebenen Messsignals zu erkennen, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist, zum Beispiel mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es wird weiterhin ein Verfahren zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung mittels einer Vorrichtung nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Drucks des Fluids in dem Detektionsvolumen und/oder einer Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen und/oder innerhalb des Detektionsvolumens mittels des Sensors oder der Sensoren. Anhand des Drucks und/oder der Flussrate wird ermittelt, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist.
Der Druck und/oder die Flussrate können beispielsweise bestimmt werden, indem eine Größe oder ein Parameter gemessen wird, die/der den Druck bzw. die Flussrate charakterisiert, d.h. mit dem Druck bzw. der Flussrate in einem bekannten Zusammenhang steht, zum Beispiel proportional dazu ist oder mittels eine Kalibrierungskurve darin umgerechnet werden kann. In einigen Ausgestaltungen kann der Druck und/oder die Flussrate explizit bestimmt werden (z.B. ein Wert für den Druck und/oder die Flussrate ermittelt werden), während in anderen Ausgestaltungen zum Beispiel lediglich die/der den Druck bzw. die Flussrate charakterisierende Größe/Parameter bestimmt werden kann. Der Druck bzw. die Flussrate können zu einem oder mehreren diskreten Zeitpunkten oder bevorzugt kontinuierlich bestimmt werden, zum Beispiel mit einer bestimmten Abtastrate.
Das Ermitteln, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist, kann ein Vergleichen des Drucks und/oder der Flussrate mit einem oder mehreren entsprechenden Sollwerten (d.h. Sollwerten für den Druck bzw. die Flussrate) und/oder mit einem oder mehreren entsprechenden Schwellenwerten (d.h. Schwellenwerten für den Druck bzw. die Flussrate) umfassen. Ein den Soll- bzw. Schwellenwert übersteigender Druck bzw. eine den Soll- bzw. Schwellenwert übersteigende Flussrate kann darauf hindeuten, dass ein Objekt durch das bewegliche Element eingeklemmt wurde. Der Schwellenwert kann beispielsweise ein vorgegebener fester Wert sein, zum Beispiel ein Schwellenwert für den Druck bzw. die Flussrate, der bei einem normalen Schließvorgang (ohne Einklemmen eines Objekts) üblicherweise nicht überschritten wird. Bevorzugt ist der Schwellenwert ein variabler Wert, der beispielsweise von einer Stellung des beweglichen Elements und/oder dem Sollwert abhängen kann. Der Sollwert kann ein für den Druck bzw. die Flussrate bei einem normalen Schließvorgang erwarteter Wert sein, der beispielsweise ebenfalls von einer Stellung des beweglichen Elements abhängen kann. In einer Ausgestaltung ist der Schwellenwert proportional zum Sollwert und kann beispielsweise zwischen 125% und 200% des Sollwerts betragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verlauf des Drucks und/oder der Flussrate mit einem entsprechenden Soll-Verlauf verglichen, um zu ermitteln, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist. Anhand des Vergleichs mit dem Soll-Verlauf kann beispielsweise ermittelt werden, ob ein Objekt eingeklemmt ist oder das bewegliche Element ordnungsgemäß geschlossen ist. Der Verlauf des Drucks und/oder der Flussrate kann beispielsweise eine zeitliche Abfolge von Druckwerten bzw. Flussratenwerten sein, die zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt wurden, z.B. während eines Schließvorgangs. Entsprechend kann der Soll-Verlauf ebenfalls eine zeitliche Abfolge von Sollwerten für den Druck bzw. die Flussrate sein. Der Soll-Verlauf kann beispielsweise der Verlauf des Drucks bzw. der Flussrate sein, der bei einem normalen Schließvorgang (ohne Einklemmen eines Objekts) üblicherweise zu erwarten ist. Das Vergleichen des betreffenden Verlaufs mit dem Soll-Verlauf kann beispielsweise ein Vergleichen des Drucks bzw. der Flussrate mit dem Soll-Verlauf zu verschiedenen Zeitpunkten umfassen, beispielsweise um eine Abweichung von dem Soll-Verlauf zu erkennen. Das Vergleichen des betreffenden Verlaufs mit dem Soll-Verlauf kann ein Vergleichen eines Absolutwertes (z.B. zu einem bestimmten Zeitpunkt), einer Amplitude (z.B. ein Maximalwert während des gesamten oder eines Teils des Verlaufs oder ein Mittelwert über den gesamten oder einen Teil des Verlaufs), einer Steigung, einer Krümmung und/oder einer Form des Verlaufs umfassen. In manchen Ausgestaltungen kann das Vergleichen auch das Erkennen charakteristischer Signaturen oder Abweichungen vom Soll-Verlauf umfassen, die für ein Einklemmens eines Objekts charakteristisch sind wie beispielsweise ein plötzlicher und/oder unerwarteter Anstieg.
Der Soll-Verlauf kann vor der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einmalig bestimmt worden sein, zum Beispiel im Rahmen einer werkseitigen Kalibrierung. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren des Bestimmen, insbesondere das wiederholte Bestimmen des Soll-Verlaufs, zum Beispiel um einer Alterung des Detektionselements (etwa eine Alterung der Dichtung) Rechnung zu tragen, welche den erwarteten Verlauf des Drucks bzw. der Flussrate während eines Schließvorgangs beeinflussen kann. Vorzugsweise wird der Soll-Verlauf basierend auf einem oder mehreren früheren Schließvorgängen des beweglichen Elements bestimmt, insbesondere basierend auf solchen Schließvorgängen, bei denen kein Einklemmen eines Objektes erfolgt ist bzw. erkannt wurde (normale Schließvorgänge). Der Soll-Verlauf kann beispielsweise basierend auf einer vorgegebenen Zahl von früheren normalen Schließvorgängen bestimmt werden, wobei die vorgegebene Zahl zum Beispiel zwischen 2 und 1000, in einem Beispiel zwischen 10 und 100 betragen kann. Der Soll-Verlauf kann zum Beispiel als Median oder Mittelwert des Drucks bzw. der Flussrate über die betreffenden Schließvorgänge bestimmt werden. Alternativ kann beispielsweise eine Amplitude des Soll-Verlaufs basierend auf einer Amplitude des Verlaufs des Drucks bzw. der Flussrate für die betreffenden Schließvorgänge (z.B. basierend auf einer mittleren Amplitude, einem mittleren Maximalwert oder einem gemittelten Integral über die Verläufe) bestimmt werden, z.B. indem der Soll-Verlauf mit einem entsprechenden Skalierungsfaktor skaliert wird. Der Soll-Verlauf kann kontinuierlich bestimmt bzw. angepasst werden, zum Beispiel nach jedem Schließvorgang oder jeweils nach einer vorgegebenen Zahl von Schließvorgängen, wobei die vorgegebene Zahl beispielsweise zwischen 2 und 1000, in einem Beispiel zwischen 10 und 100 betragen kann.
In manchen Ausgestaltungen kann der Druck und/oder die Flussrate an mehreren Stellen entlang des Detektionsvolumens bestimmt werden, zum Beispiel mittels einer Vielzahl von Sensoren. Beispielsweise kann das Verfahren das Bestimmen eines ersten Drucks des Fluids in dem Detektionsvolumen und/oder einer ersten Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen und/oder innerhalb des Detektionsvolumens mittels eines ersten Sensors an einer ersten Stelle entlang des Detektionsvolumens sowie das Bestimmen eines zweiten Drucks des Fluids in dem Detektionsvolumen und/oder einer zweiten Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen und/oder innerhalb des Detektionsvolumens mittels eines zweiten Sensors an einer zweiten Stelle entlang des Detektionsvolumens umfassen. In anderen Beispielen kann ein Druck und/oder eine Flussrate an mindestens drei Stellen, in einem Beispiel an mindestens vier Stellen bestimmt werden.
Anhand der entsprechenden Druckwerte bzw. Flussraten kann ermittelt werden, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist. Beispielsweise können die entsprechenden Drücke bzw. Flussraten wie oben beschrieben mit einem Sollwert, einem Schwellenwert und/oder einem Soll-Verlauf verglichen werden. Ein Einklemmen eines Objekts kann beispielsweise erkannt werden, wenn mindestens ein Druckwert bzw. eine Flussrate, in manchen Beispielen mindestens eine vorgegebene Zahl von Druckwerten und/oder Flussraten, in einem Beispiel alle bestimmten Druckwerte und Flussraten auf ein Einklemmen hindeuten (z.B. den betreffenden Schwellenwert übersteigen oder von dem Soll-Verlauf abweichen).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird anhand einer differentiellen Messung zwischen zwei oder mehr Stellen entlang des Detektionsvolumens ermittelt, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist. Beispielsweise kann anhand einer Differenz zwischen Drücken an verschiedenen Stellen (zum Beispiel einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck) und/oder anhand einer Differenz zwischen Flussraten an verschiedenen Stellen (zum Beispiel einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Flussrate) ermittelt werden, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist. Die Differenz kann dabei eine unskalierte Differenz der betreffenden Druckwerte bzw. Flussraten sein oder alternativ kann einer oder mehrere der Druckwerte bzw. Flussraten vor dem Bilden der Differenz skaliert werden, zum Beispiel mit einem erwarteten Verhältnis der betreffenden Werte. In einem Beispiel sind der erste und der zweite Sensor so angeordnet, dass bei einem normalen Schließvorgang der gleiche Druck bzw. die gleiche Flussrate zu erwarten sind, oder die betreffenden Werte werden entsprechend skaliert. Eine positive oder negative Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck bzw. zwischen der ersten und der zweiten Flussrate kann daher auf ein Einklemmen eines Objekts hindeuten.
In manchen Ausgestaltungen kann das Verfahren ferner das Bestimmen einer Stellung des beweglichen Elements umfassen. Die Stellung kann zum Beispiel mittels eines Positionssensors bestimmt werden, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des beweglichen Elements zu messen. Alternativ oder zusätzlich kann die Stellung beispielsweise anhand eines Motorparameters eines Aktuators und/oder anhand eines Antriebssignals und/oder Steuerbefehls für den Aktuator bestimmt werden.
Anhand des Drucks und/oder der Flussrate sowie anhand der Stellung des beweglichen Elements kann ermittelt werden, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist. Beispielsweise kann anhand der Stellung des beweglichen Elements ein Konsistenzcheck durchgeführt werden, ob ein Objekt durch das bewegliche Element eingeklemmt sein kann. Zum Beispiel kann ein Einklemmen nur dann erkannt werden, wenn der Druck und/oder die Flussrate auf ein Einklemmen hindeutet und eine Stellung des beweglichen Element näher als eine vorgegebene Stellung an der geschlossenen Stellung ist, beispielsweise wenn ein Öffnungswinkel des beweglichen Element kleiner als ein Schwellenwert ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Druck und/oder die Flussrate abhängig von der Stellung des beweglichen Elements bestimmt werden, zum Beispiel indem der Druck bzw. die Flussrate erst dann ermittelt wird, wenn die Stellung des beweglichen Element näher als eine vorgegebene Stellung an der geschlossenen Stellung ist. In einem weiteren Beispiel wird eine Sensitivität der Einklemmerkennung abhängig von der Stellung des beweglichen Bauteils angepasst, zum Beispiel indem ein Schwellenwert und/oder ein Sollwert, mit dem der Druck bzw. die Flussrate verglichen wird, abhängig von der Stellung des Bauteils angepasst wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Bewegen des beweglichen Elements mittels eines Aktors/Aktuators, zum Beispiel mittels eines Elektromotors, um die Öffnung zu verschließen. Das bewegliche Element kann beispielsweise ein mittels des Aktuators automatisch betätigbares Element sein. Das bewegliche Element kann mittels des Aktuators ausgehend von einer geöffneten Stellung in Richtung einer geschlossenen Stellung oder bis in die geschlossene Stellung bewegt werden, zum Beispiel um das bewegliche Element teilweise oder vollständig zu schließen.
In manchen Ausgestaltungen umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen eines Motorparameters des Aktuators. Der Motorparameter kann beispielsweise eine Geschwindigkeit oder Drehzahl des Aktuators (z.B. eine Drehzahl eines Rotors eines Elektromotors) und/oder eine Last des Aktuators (z.B. ein Motorstrom eines Elektromotors) sein oder die entsprechende Größe charakterisieren.
Anhand des Motorparameters kann zusätzlich oder alternativ zu dem Druck und/oder der Flussrate ermittelt werden, ob ein Objekt zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element eingeklemmt ist. Beispielsweise kann anhand des Motorparameters ermittelt werden, ob das bewegliche Element und/oder der Aktuator blockiert ist und/oder ob eine Last des Aktuators unerwartet hoch ist, was auf ein Einklemmen eines Objekts hindeuten kann. In einem Beispiel kann abhängig von der Stellung des beweglichen Bauteils entweder anhand des Motorparameters (zum Beispiel wenn das bewegliche Element noch weiter als eine vorgegebene Stellung geöffnet) oder anhand des Drucks und/oder der Flussrate (zum Beispiel wenn das bewegliche Element weiter als die vorgegebene Stellung geschlossen ist) ermittelt werden, ob ein Objekt eingeklemmt ist. In einem anderen Beispiel wird anhand einer Kombination des Druck und/oder der Flussrate mit dem Motorparameter ermittelt, ob ein Objekt eingeklemmt ist, zum Beispiel indem eine Erkennung anhand des Drucks und/oder der Flussrate anhand des Motorparameters bestätigt wird oder umgekehrt.
Das Verfahren kann ferner einen Schritt umfassen, in dem ermittelt wird, ob sich ein Objekt (z.B. ein Fremdobjekt) im Bereich der Öffnung, der Umrandung und/oder des beweglichen Elements befindet, zum Beispiel mittels eines geeigneten Objekterkennungssensors wie etwa einem radar- und/oder ultraschall-basierten Objekterkennungssensor. Das Ergebnis dieser Bestimmung kann ähnlich der Stellung des beweglichen Elements und/oder des Motorparameters zusätzlich zu dem Druck und/oder der Flussrate herangezogen werden, um zu ermitteln, ob ein Objekt eingeklemmt ist, zum Beispiel um den oder die Sensoren für die Druck- bzw. Flussratenmessung zu aktivieren (z.B. wenn ein Fremdobjekt erkannt wurde) oder eine Erkennung anhand des Drucks und/oder der Flussrate zu bestätigen.
Es wird weiterhin eine Anordnung vorgesehen, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen sowie eine eine Öffnung umgebende Umrandung sowie ein bewegliches Element zum Verschließen der Öffnung umfasst. Das Detektionselement ist auf der Umrandung der Öffnung oder auf dem beweglichen Element angeordnet. Wenn das bewegliche Element die Öffnung verschließt, erstreckt sich das Detektionsvolumen entlang eines Außenumfangs der Öffnung und ist zwischen der Umrandung der Öffnung und dem beweglichen Element angeordnet.
Die die Öffnung umgebende Umrandung kann beispielsweise ein Rahmen oder eine Wand sein, der/die sich ganz oder teilweise entlang des Außenumfangs der Öffnung erstreckt. Das bewegliche Element kann beispielsweise eine Tür oder eine Klappe zum vollständigen oder teilweisen Verschließen der Öffnung sein. Die Anordnung kann einen oder mehrere Aktoren/Aktuatoren zum automatischen Betätigen des beweglichen Elements aufweisen. In einem Beispiel ist die Anordnung Teil eines Fahrzeugs oder zur Verwendung in einem Fahrzeug eingerichtet.
Wenn das bewegliche Element die Öffnung verschließt, kann sich das Detektionsvolumen entlang einer Seite der Öffnung erstrecken, zum Beispiel entlang mindestens einer Hälfte, in manchen Beispielen entlang mindestens 90% der Länge der betreffenden Seite und in einem Beispiel entlang der gesamten Länge der betreffenden Seite. In manchen Ausgestaltung kann die Länge des Detektionsvolumen so gewählt sein, dass das Detektionsvolumen sich entlang mehrerer Seiten der Öffnungen, zum Beispiel entlang von zwei, drei oder vier Seiten der Öffnung, erstreckt. In einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich das Detektionsvolumen entlang mindestens eines Zehntels, in einigen Beispielen entlang mindestens eines Viertels, vorzugsweise entlang mindestens einer Hälfte, in einem Beispiel entlang von mindestens drei Viertel des Außenumfangs der Öffnung. In einem weiteren Beispiel erstreckt sich das Detektionsvolumen entlang des gesamten Außenumfangs der Öffnung, d.h. umgibt die Öffnung in Umfangsrichtung vollständig.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung:

1a: eine Anordnung mit einer Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung gemäß einem Beispiel in einer Seitenansicht;
1b: das Detektionselement der Vorrichtung aus 1a in einer Querschnittsansicht;
2: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung gemäß einem Beispiel;
3a: einen Soll-Verlauf für eine Flussrate während eines normalen Schließvorgangs gemäß einem Beispiel;
3b, 3c: Beispiele für einen Verlauf einer Flussrate beim Einklemmen eines Objekts während eines Schließvorgangs; und
3d: eine erste Flussrate an einer ersten Stelle entlang eines Detektionsvolumens und eine zweite Flussrate an einer zweiten Stelle entlang des Detektionsvolumens beim Einklemmen eines Objekts während eines Schließvorgangs gemäß einem Beispiel.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1a zeigt eine Anordnung mit einer Vorrichtung 100 zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element 102 zum Verschließen einer Öffnung 104 in einer schematischen Seitenansicht (nicht maßstabsgetreu). Im Beispiel der Fig. la umfasst die Anordnung als bewegliches Element 102 eine Tür mit einem Fenster 102A, zum Beispiel eine Fahrzeugtür wie etwa eine Autotür. Die Tür 102 ist in 1a in einer geöffneten Stellung dargestellt, in der die Tür 102 die Öffnung 104 nicht verschließt. Die Anordnung umfasst ferner eine die Öffnung 104 umgebende Umrandung 106, z.B. einen Rahmen, auf, welche die Öffnung 104 entlang eines Außenumfangs der Öffnung 104 vollständig umgibt. Die Tür 102 ist mittels eines Schließmechanismus an dem Rahmen 106 befestigt, wobei der Schließmechanismus zwei Scharniere 108A sowie einen Aktor/Aktuator 108B aufweist. Der Aktuator 108B kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein und ist dazu eingerichtet, die Tür 102 automatisch zu betätigen, zum Beispiel die Tür 102 automatisch zu schließen.
Die Vorrichtung 100 weist ein Detektionselement 110 auf, welches ein mit einem Fluid gefülltes Detektionsvolumen 112 umschließt und in 1b in einer schematischen Querschnittsansicht (nicht maßstabsgetreu) beispielhaft dargestellt ist. Im Beispiel der 1a, 1b ist das Detektionselement 110 eine Schlauchdichtung, die auf dem Rahmen 106 entlang des Außenumfangs der Öffnung 104 angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, einen Zwischenraum zwischen dem Rahmen 106 und der Tür 102 abzudichten, wenn sich die Tür wie in 1b dargestellt in einer geschlossenen Stellung befindet, in der die Tür 102 die Öffnung 104 ganz oder teilweise verschließt. In anderen Beispielen kann das Detektionselement 110 auch anders ausgebildet sind und zum Beispiel zusätzlich zu einer bereits vorhandenen Dichtung vorgesehen sein. Die Dichtung 110 kann beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Kunststoff oder Gummi hergestellt sein, z.B. aus Weich-Polyvinylchlorid (Weich-PVC) und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Das Detektionsvolumen 112 wird durch einen mit Luft (d.h. einem Fluid) gefüllten Innen- oder Hohlraum in der Dichtung 110 gebildet, der sich entlang der gesamten Länge der Dichtung 110 erstrecken und beispielsweise wie in 1b dargestellt einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen kann. Ein Innendurchmesser des Detektionsvolumens 112 kann zum Beispiel zwischen 2 mm und 20 mm betragen.
Die Länge der Dichtung 110 kann flexibel abhängig von dem abzudeckenden Bereich um die Öffnung 104 gewählt werden, beispielsweise so, dass die Dichtung zumindest in den Bereichen angeordnet ist, in denen besonders häufig Objekte eingeklemmt werden, zum Beispiel im Bereich eines Griffs der Tür 102 und/oder einer den Scharnieren 108A gegenüberliegenden Seite der Tür 102. Im Beispiel der 1a ist die Länge der Dichtung 110 so gewählt, dass sich die Dichtung entlang aller Seiten der Öffnung 104 mit Ausnahme der Seite, an der die Scharniere 108A angeordnet sind, erstreckt. In anderen Ausführungsformen kann sich die Dichtung 110 auch entlang des gesamten Außenumfangs der Öffnung 104 erstrecken.
Die Vorrichtung 100 weist ferner zwei Sensoren 114A, 114B auf, die entlang des Detektionsvolumens 112 auf gegenüberliegenden Seiten der Öffnung 104 angeordnet sind. Im Beispiel der 1a, 1b sind die Sensoren 114A, 114B als Durchflusssensoren ausgebildet sind, welche dazu eingerichtet sind, ein analoges oder digitales Messsignal, das eine Flussrate aus dem Detektionsvolumen 112 an der betreffenden Stelle charakterisiert, an eine Steuereinheit 116 auszugeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren 114A, 114B jeweils als MEMS-basierte Durchflusssensoren (MEMS: mikroelektromechanisches System) ausgebildet. Das mikroelektromechanische System kann beispielsweise ein mikroelektromechanisches kalorimetrisches System sein, das ein Heizelement (nicht dargestellt) sowie zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Heizelements angeordnete Thermoelemente (nicht dargestellt) aufweist. Die Thermoelement können jeweils dazu eingerichtet sein, eine temperaturabhängige Spannung zu erzeugen. Ein Luftstrom durch den entsprechende Auslass 118 kann zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung an den beiden Thermoelementen führen, die sich in einer Spannungsdifferenz zwischen den Thermoelementen manifestiert. Jeder der Sensoren 114A, 114B kann ferner einen Analog-Digital-Wandler aufweisen, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Spannungsdifferenz ein digitales Messsignal zu erzeugen, sowie ein Kommunikationsmodul, um das Messsignal an die Steuereinheit 116 zu übertragen. Das mikroelektromechanische System, der Analog-Digital-Wandler und das Kommunikationsmodul können auf einer gemeinsamen Platine oder Leiterplatte angeordnet sein.
Die Dichtung 110 weist im Beispiel der 1a, 1b zwei oder mehr Auslässe oder Öffnungen 118 auf, über die das Detektionsvolumen 112 in Fluidverbindung mit der Umgebung der Dichtung 110 ist. Dadurch kann Umgebungsluft zwischen dem Detektionsvolumen 112 und der Umgebung ausgetauscht werden, beispielsweise so, dass ein Druck innerhalb des Detektionsvolumens 112 dem äußeren Luftdruck entspricht. Jeder der Sensoren 114A, 114B ist mit einem der Auslässe 118 in Fluidverbindung und kann zum Beispiel wie in 1a, 1b dargestellt über ein Verbindungselement 120 wie etwa einen Schlauch mit dem betreffenden Auslass 118 verbunden sein oder alternativ an oder in dem betreffenden Auslass 118 angeordnet sein. Jeder der Sensoren 114A, 114B ist dazu eingerichtet, ein Messsignal an die Steuereinheit 116 auszugeben, das eine Flussrate der Luft durch den betreffenden Auslass 118 charakterisiert.
Im Beispiel der 1a ist die Steuereinheit 116 Teil der Vorrichtung 100. In anderen Beispielen kann die Steuereinheit 116 auch eine externe Steuereinheit sein, die nicht Teil der Vorrichtung 100 ist, sondern beispielsweise ein Steuergerät des Fahrzeugs ist, in dem die Vorrichtung 100 verwendet wird. Die Steuereinheit 116 kann als Hardware und/oder Software ausgebildet sein. Die Steuereinheit 116 kann einen Prozessor (nicht dargestellt) aufweisen, zum Beispiel einen Hauptprozessor (central processing unit, CPU), einen Grafikprozessor (graphics processing unit, GPU), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit, ASIC) und/oder ein Field Programmable Gate Array (FPGA). Die Steuereinheit 116 kann ferner ein Speichermedium (nicht dargestellt) aufweisen, welches Programmbefehle zur Ausführung durch den Prozessor enthält, um die hierin beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Die Steuereinheit 116 ist dazu eingerichtet, anhand der von den Sensoren 114A, 114B ausgegebenen Messsignale zu erkennen, ob ein Objekt zwischen dem Rahmen 106 der Öffnung 104 und der Tür 102 eingeklemmt ist. Hierzu ist die Steuereinheit 116 dazu eingerichtet, einige oder alle Schritte des im Folgenden in Bezug auf 2 beschriebenen Verfahrens 200 auszuführen.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element zum Verschließen einer Öffnung mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 200 kann beispielsweise mittels der Vorrichtung 100 aus den 1a, 1b ausgeführt werden, welche im Folgenden zur beispielhaften Illustration herangezogen wird. In manchen Ausgestaltungen kann das Verfahren 200 ganz oder teilweise von der Steuereinheit 116 der Vorrichtung 100 ausgeführt werden. Die Ausführung des Verfahrens 200 ist nicht auf die durch das Flussdiagramm in 2 angedeutete Abfolge beschränkt. Soweit technisch möglich können die Schritte des Verfahrens 200 in einer beliebigen Reihenfolge und insbesondere auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, beispielsweise die Schritte 202 bis 206.
Das Verfahren 200 umfasst, in Schritt 202, das Bewegen der Tür, um die Öffnung 104 zu verschließen. Hierzu wird die Tür 102 mittels des Aktuators 108B von einer geöffneten Stellung (z.B. wie in 1a dargestellt) in Richtung einer geschlossenen Stellung (z.B. wie in 1b dargestellt) bewegt.
Das Verfahren 200 umfasst ferner, in Schritt 204, das Bestimmen eines oder mehrerer Motorparameter des Aktuators 108B und/oder der Stellung der Tür 102. Beispielsweise kann ein Motorstrom des Aktuators 108B gemessen werden, um eine von dem Aktuator 108B angetriebene Last abzuschätzen. Die Stellung der Tür 102 kann mittels eines geeigneten Positionssensors (nicht dargestellt) bestimmt werden, welcher beispielsweise dazu eingerichtet ist, einen Öffnungswinkel der Tür 102 zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Stellung der Tür 102 auch anhand eines Antriebssignals oder Steuerbefehls für den Aktuator 108B und/oder anhand eines Motorparameters des Aktuators 108B, zum Beispiel eines Verfahrwegs, bestimmt werden.
In Schritt 206 wird mittels der Sensoren 114A, 114B die Luft-Flussrate aus dem Detektionsvolumen 112 durch die entsprechenden Auslässe 118 bestimmt. Die Flussrate kann beispielsweise während des gesamten Schließvorganges der Tür 102 kontinuierlich überwacht werden, um einen Verlauf der Flussrate zu bestimmen. In einem anderen Beispiel können die Sensoren 114A, 114B erst aktiviert werden, wenn der Öffnungswinkel der Tür 102 einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Anschließend wird anhand der Flussrate ermittelt, ob ein Objekt zwischen dem Rahmen 106 und der Tür 102 eingeklemmt ist. Hierzu wird in Schritt 208 der Verlauf der Flussrate mit einem Soll-Verlauf verglichen und basierend auf diesem Vergleich in Schritt 210 ermittelt, ob ein Objekt eingeklemmt ist oder nicht.
In 3a ist ein Soll-Verlauf 300 der Flussrate Q als Funktion der Zeit t beispielhaft dargestellt, wie er beispielsweise von einem der Sensoren 114A, 114B während eines normalen Schließvorgangs gemessen wird, bei dem kein Objekt eingeklemmt wird. Zu Beginn des Schließvorgangs ist die Tür 102 zunächst noch nicht mit der Dichtung 110 in Kontakt und es tritt keine oder kaum Luft durch die Auslässe 118 aus (Q ≈ 0). Sobald die Tür 102 mit der Dichtung 110 in Kontakt kommt, wird die Dichtung zwischen der Tür 102 und dem Rahmen 106 zusammengedrückt und Luft beginnt durch die Auslässe 118 auszutreten (Q > 0). Dies kann beispielsweise wie in 3a dargestellt zu einem Anstieg der Flussrate gefolgt von einem Zeitraum mit näherungsweise konstanter Flussrate führen. Schließlich sinkt die Flussrate wieder ab, sobald oder nachdem die Tür vollständig geschlossen ist.
Der Soll-Verlauf 300 kann vor Ausführung des Verfahrens 200 oder als Teil des Verfahrens 200 bestimmt werden. Das Verfahren 200 kann beispielsweise ein wiederholtes Bestimmen des Soll-Verlaufs anhand der mittels der Sensoren 114A, 114B gemessenen Flussraten während eines oder mehrerer normaler Schließvorgänge umfassen, zum Beispiel um Änderungen des Soll-Verlaufs aufgrund des Alterns der Dichtung 110 zu erfassen. Der Soll-Verlauf 300 kann zum Beispiel ein über mehrere vorangegangene normale Schließvorgänge gemittelter Verlauf der Flussrate Q sein.
In den 3b und 3c sind Beispiele für einen Verlauf 302 der Flussrate Q gezeigt, wenn während eines Schließvorgangs ein Objekt zwischen der Tür 102 und dem Rahmen 106 eingeklemmt wird. Im Beispiel der 3b führt das Einklemmen des Objekts dazu, dass die Flussrate bereits deutlich früher als erwartet ansteigt und ein ausgeprägtes vorgelagertes Maximum aufweist, zum Beispiel weil das Objekt bereits vor der Tür 102 mit der Dichtung 110 in Kontakt kommt. Im Beispiel der 3c führt das Einklemmen des Objekts dazu, dass die Flussrate deutlich schneller ansteigt als erwartet und im Bereich des normalerweise erwarteten Anstiegs ein zusätzliches Maximum oder eine Stufe aufweist, beispielsweise weil das Objekt zusätzlichen Druck auf die Dichtung 110 ausübt. Weitere Signaturen eines Einklemmens eines Objektes können zum Beispiel eine höhere maximale Flussrate, eine kleinere oder größere integrierte Flussrate (d.h. Fläche unter der Kurve 302 entsprechend einer insgesamt austretenden Luftmenge), ein längerer Zeitraum mit einer Flussrate ungleich null und/oder andere Abweichungen in der Form des Verlaufs 302 von dem Soll-Verlauf 300 sein. Durch Vergleich des Verlaufs 302 der Flussrate mit dem Soll-Verlauf 300 kann somit bereits mit nur einem einzigen Sensor ein Einklemmen eines Objekts entlang der gesamten Länge der Dichtung 110 erkannt werden.
In 3d ist ein Beispiel für eine differenzielle Flussraten-Messung mittels zweier Sensoren dargestellt, bei der sowohl der Verlauf 302A der mittels des (ersten) Sensors 114A bestimmten Flussrate als auch der Verlauf 302B der mittels des (zweiten) Sensors 114B bestimmten Flussrate berücksichtigt werden. Die Sensoren 114A, 114B können beispielsweise so angeordnet und/oder ausgebildet werden, dass bei einem normalen Schließvorgang die gleiche Flussrate an beiden Sensoren 114A, 114B zu erwarten ist, zum Beispiel eine dem Soll-Verlauf 300 entsprechende Flussrate. Alternativ können die Messsignale der Sensoren 114A, 114B auch nachträglich entsprechend skaliert werden. Wird ein Objekt zwischen Rahmen 106 und Tür 102 eingeklemmt, kann dies zu einer Abweichung zwischen den Flussraten an den Sensoren 114A, 11B und somit zwischen den Verläufen 302A, 302B führen. Anhand der Differenz zwischen der von dem ersten Sensor 114A gemessenen Flussrate und der von dem zweiten Sensor 114B gemessenen Flussrate kann somit ebenfalls ein Einklemmen erkannt werden, entweder alternativ oder zusätzlich zu dem oben beschriebenen Vergleich mit dem Soll-Verlauf 300. Beispielsweise kann ein Einklemmen erkannt werden, wenn ein Betrag der Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
In anderen Ausführungsformen kann statt oder zusätzlich zu der Flussrate der Druck in dem Detektionsvolumen 112 mittels geeigneter Drucksensoren bestimmt werden, beispielsweise wenn die Dichtung 110 das Detektionsvolumen 112 luft- und/oder wasserdicht abschließt. Der Verlauf des Drucks kann ähnlich wie oben beschrieben mit einem Soll-Verlauf verglichen werden, um ein Einklemmen eines Objekts zu erkennen, zum Beispiel anhand eines unerwarteten Anstiegs des Drucks. In einem weiteren Beispiel kann die Vorrichtung 100 eine Pumpe oder einen Lüfter aufweisen, um einen Luftstrom entlang des Detektionsvolumens 112, zum Beispiel von einem Ende der Dichtung 110 zum gegenüberliegenden Ende, zu erzeugen. Die Sensoren 114A, 114B können dazu eingerichtet sein, ein Flussrate innerhalb des Detektionsvolumens 112 zu bestimmen. Der Verlauf des Flussrate innerhalb des Detektionsvolumens 112 kann ähnlich wie oben beschrieben mit einem Soll-Verlauf verglichen werden, um ein Einklemmen eines Objekts zu erkennen, zum Beispiel anhand eines Abfalls der Flussrate aufgrund einer durch das eingeklemmte Objekt verringerten Querschnittsfläche des Detektionsvolumens 112.
Beim Ermitteln, ob ein Objekt eingeklemmt ist, in Schritt 210 kann zusätzlich zu der von den Sensoren 114A, 114B gemessenen Flussrate auch der in Schritt 204 bestimmte Motorparameter und/oder die in Schritt 204 bestimmte Stellung des beweglichen Elements/der Tür 102 berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann ein Konsistenzcheck anhand der Stellung des beweglichen Elements/der Tür 102 durchgeführt werden, um eine Fehlauslösung zu vermeiden, etwa wenn der Vergleich mit dem Soll-Verlauf in Schritt 208 auf ein Einklemmen hindeutet, die Tür 102 aber noch weit geöffnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise bei großen Öffnungswinkel statt der von den Sensoren 114A, 114B gemessenen Flussrate der Motorstrom des Aktuators 108B verwendet werden, um ein Einklemmen eines Objekts oder eine Blockade der Tür 102 zu detektieren.
Wird in Schritt 210 ermittelt, das ein Objekt eingeklemmt wurde, kann in Schritt 212 die Tür 102 entweder angehalten oder sogar zurückgefahren bzw. wieder geöffnet werden. In einigen Ausgestaltungen sind die Sensoren 114A, 114B bidirektionale Durchflusssensoren. Während des Öffnens der Tür 102 kann ebenfalls die Flussrate durch die Auslässe 118 bestimmt werden, zum Beispiel um anhand der Flussrate oder eines Verlaufs davon zu ermitteln, ob das eingeklemmte Objekt wieder freigegeben ist. Ist dies der Fall, kann das Verfahren 200 zum Beispiel zu Schritt 202 zurückkehren, um erneut zu versuchen, die Tür 102 zu schließen. Alternativ kann das automatische Schließen der Tür 102 abgebrochen werden und die Tür 102 anschließend manuell geschlossen werden.
Wird in Schritt 210 ermittelt, dass kein Objekt eingeklemmt wurde, kann das Verfahren 200 zu Schritt 202 zurückkehren, um die Tür 102 weiter zu schließen. Das Verfahren 200 kann so lange wiederholt werden, bis die Tür 102 vollständig geschlossen ist. Anhand des Verlaufs 302 der Flussrate kann überprüft werden, ob die Tür 102 ordnungsgemäß geschlossen ist, zum Beispiel indem die insgesamt ausgetretenen Luftmenge durch Integration über den Verlauf 302 ermittelt wird.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen und die Figuren dienen nur zur rein beispielhaften Illustration. Die Erfindung kann in ihrer Gestalt variieren, ohne dass sich das zugrundeliegende Funktionsprinzip ändert. Der Schutzumfang des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich allein aus den folgenden Ansprüchen.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

100: Vorrichtung zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes
102: Tür
102A: Fenster
104: Öffnung
106: Umrandung/Rahmen
108A: Scharnier
108B: Aktuator/Elektromotor
110: Detektionselement/Dichtung
112: Detektionsvolumen
114A, 114B: Sensoren/Durchflusssensoren
116: Steuereinheit
118: Auslass
120: Verbindungselement/Schlauch
200: Verfahren zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes
202: Bewegen des beweglichen Elements/der Tür
204: Bestimmen eines Motorparameters des Aktuators und/oder der Stellung des beweglichen Elements/der Tür
206: Bestimmen des Drucks und/oder der Flussrate in/aus dem Detektionsvolumen
208: Vergleich der Verlaufs des Drucks und/oder der Flussrate mit einem entsprechenden Sollwert und/oder Soll-Verlauf
210: Ermitteln, ob ein Objekt zwischen der Umrandung/Rahmen der Öffnung und dem beweglichen Element/der Tür eingeklemmt ist
212: Anhalten/Zurückfahren des beweglichen Elements/der Tür
300: Soll-Verlauf der Flussrate bei einem normalen Schließvorgang
302: Verlauf der Flussrate beim Einklemmen eines Objekts während eines Schließvorgangs
302A: Verlauf der Flussrate am Sensor 114A beim Einklemmen eines Objekts während eines Schließvorgangs
302B: Verlauf der Flussrate am Sensor 114B beim Einklemmen eines Objekts während eines Schließvorgangs
Q: Flussrate
t: Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9234979 B2 [0003]

Claims

Vorrichtung (100) zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element (102) zum Verschließen einer Öffnung (104), wobei die Vorrichtung (100) aufweist: ein Detektionselement (110), welches ein mit einem Fluid gefülltes Detektionsvolumen (112) umschließt und dazu eingerichtet ist, auf einer Umrandung (106) der Öffnung (104) oder auf dem beweglichen Element (102) so angeordnet zu werden, dass das Detektionsvolumen (110), wenn das bewegliche Element (102) die Öffnung (104) verschließt, sich entlang zumindest eines Teils eines Außenumfangs der Öffnung (104) erstreckt und zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) angeordnet ist; und einen Sensor (114A, 114B), der dazu eingerichtet ist, ein Messsignal auszugeben, das einen Druck des Fluids in dem Detektionsvolumen (112) und/oder eine Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen (112) und/oder innerhalb des Detektionsvolumens (112) charakterisiert.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei sich das Detektionsvolumen (112) entlang einer Länge von mindestens 10 cm, vorzugsweise von mindestens 50 cm entlang des Außenumfangs der Öffnung (104) erstreckt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Detektionselement (112) eine Dichtung, insbesondere eine Schlauch- oder Hohlkammerdichtung, ist, die dazu eingerichtet ist, einen Zwischenraum zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) abzudichten.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektionsvolumen (112) in Fluidverbindung mit einer Umgebung des Detektionselements (110) steht und das Fluid Umgebungsluft ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (114A, 114B) einen Durchflusssensor, insbesondere einen bidirektionalen Durchflusssensor, umfasst, der mit einem Auslass (118) des Detektionsvolumens (112) in Fluidverbindung steht und dazu eingerichtet ist, ein Messsignal auszugeben, das eine Flussrate des Fluids durch den Auslass (118) charakterisiert.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der Durchflusssensor ein mikroelektromechanisches System, MEMS, aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bewegliche Element (102) eine Klappe oder eine Tür, insbesondere eine automatisch betätigbare Klappe oder Tür, eines Fahrzeugs ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) zwei oder mehr Sensoren (114A, 114B) aufweist, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein Messsignal auszugeben, das einen Druck des Fluids in dem Detektionsvolumen (112) und/oder eine Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen (112) und/oder innerhalb des Detektionsvolumens (112) an einer entsprechenden Stelle entlang des Detektionsvolumens (112) charakterisiert.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuereinheit (116), die dazu eingerichtet ist, anhand des von dem Sensor (114A, 114B) ausgegebenen Messsignals zu erkennen, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist.
Vorrichtung (100) nach den Ansprüchen 8 und 9, wobei die Steuereinheit (116) dazu eingerichtet ist, anhand einer differentiellen Messung mit zwei oder mehr der Sensoren (114A, 114B) zu erkennen, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist.
Verfahren (200) zum Erkennen eines Einklemmens eines Objektes durch ein bewegliches Element (102) zum Verschließen einer Öffnung (104) mittels einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (200) die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen eines Drucks des Fluids in dem Detektionsvolumen (112) und/oder einer Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen (112) und/oder innerhalb des Detektionsvolumens (112) mittels des Sensors (114A, 114B); und Ermitteln, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist, anhand des Drucks und/oder der Flussrate.
Verfahren (200) nach Anspruch 11, wobei das Ermitteln, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist, ein Vergleichen des Drucks und/oder der Flussrate mit einem entsprechenden Sollwert und/oder einem entsprechenden Schwellenwert umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein Verlauf (302, 302A, 302B) des Drucks und/oder der Flussrate mit einem entsprechenden Soll-Verlauf (300) verglichen wird, um zu ermitteln, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist.
Verfahren (200) nach Anspruch 13, wobei das Verfahren (200) ferner das wiederholte Bestimmen des Soll-Verlaufs (300) basierend auf einem oder mehreren früheren Schließvorgängen des beweglichen Elements (102) umfasst.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei: der Druck und/oder die Flussrate ein erster Druck bzw. eine erste Flussrate sind, der/die mittels eines ersten Sensors (114A) an einer ersten Stelle entlang des Detektionsvolumens (112) bestimmt wird; das Verfahren (200) ferner das Bestimmen eines zweiten Drucks des Fluids in dem Detektionsvolumen (112) und/oder einer zweiten Flussrate des Fluids aus dem Detektionsvolumen (112) und/oder innerhalb des Detektionsvolumens (112) mittels eines zweiten Sensors (114B) an einer zweiten Stelle entlang des Detektionsvolumens (112) umfasst; und anhand einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck und/oder anhand einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Flussrate ermittelt wird, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Verfahren (200) ferner das Bestimmen einer Stellung des beweglichen Elements (102) umfasst und anhand des Drucks und/oder der Flussrate sowie anhand der Stellung des bewegliche Elements (102) ermittelt wird, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Verfahren (200) ferner das Bewegen des beweglichen Elements (102) mittels eines Aktuators (108B) umfasst, um die Öffnung (104) zu verschließen.
Verfahren (200) nach Anspruch 17, wobei das Verfahren (200) ferner ein Bestimmen eines Motorparameters des Aktuators (108B) umfasst und anhand des Drucks und/oder der Flussrate sowie anhand des Motorparameters ermittelt wird, ob ein Objekt zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) eingeklemmt ist.
Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Steuereinheit (116) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 18 auszuführen.
Anordnung umfassend eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 19, eine eine Öffnung (104) umgebende Umrandung (106) sowie ein bewegliches Element (102), insbesondere eine Tür oder eine Klappe, zum Verschließen der Öffnung (104), wobei das Detektionselement (110) auf der Umrandung (106) der Öffnung (104) oder auf dem beweglichen Element (102) angeordnet ist und das Detektionsvolumen (112), wenn das bewegliche Element (102) die Öffnung (104) verschließt, sich entlang mindestens eines Viertels, vorzugsweise entlang mindestens einer Hälfte eines Außenumfangs der Öffnung (104) erstreckt und zwischen der Umrandung (106) der Öffnung (104) und dem beweglichen Element (102) angeordnet ist.