DE10305342B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Absicherung von Gefährdungsbereichen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung der Präsenz oder Bewegung eines Objektes in einem durch motorisch angetriebene Komponenten definierten Gefährdungsbereich, bei welchem mittels mindestens einer Elektrodeneinrichtung feldelektrische Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und einer diesem vorgelagerten Zone erfasst und mittels einer Prüfungsprozedur ausgewertet werden, wobei die Prüfungsprozedur stellvorgangsbedingte kapazitive Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und der diesem vorgelagerten Zone berücksichtigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Absicherung von hinsichtlich des Einklemmens von Gliedmaßen kritischen Bereichen. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit der Aufgabe, die Präsenz oder Annäherung menschlicher Gliedmaßen in diesen Gefährdungsbereichen, bzw. an diese Gefährdungsbereiche zu detektieren.
  • Insbesondere bei motorisch betriebenen Ausstattungen im Automotive-Bereich, wie beispielsweise Schiebedacheinrichtungen, Sitzverstelleinrichtungen sowie mechanisch betätigten Kfz-Verdeckeinrichtungen besteht das Problem, dass zur zuverlässigen Bewegung der im Rahmen eines Stellvorgangs zu bewegenden Komponenten, beispielsweise Sitz-, Dach-, oder Verdeckkomponenten, hohe Stellkräfte erforderlich sind und im Rahmen eines Stellvorganges etwaige Bewegungsspaltbereiche mit großen Kräften verändert, insbesondere verengt werden. Die mit erheblichen Kräften bewegten Elemente können sich als verletzungsrelevant erweisen, insbesondere wenn während eines Stellvorgangs unbeabsichtigt Gliedmaßen oder Objekte in den Bewegungsbereich gelangen. Bei den diesbezüglich zur Abhilfe vorgesehenen, herkömmlichen Notabschaltsystemen besteht zum Teil das Problem, dass diese bei sensibler Einstellung bereits dann eine Abschaltung veranlassen, wenn in zulässiger Weise, z.B. lediglich witterungsbedingt vorübergehend größere Betätigungskräfte erforderlich sind. Bei weniger sensibler Einstellung besteht das Problem, dass kritische Vorgänge, wie beispielsweise das Einklemmen von Fingern nicht hinreichend zuverlässig erkannt werden. Die durch die bewegbaren Komponenten definierten Bewegungsspaltbereiche stellen insoweit Gefährdungsbereiche dar.
  • Aus DE 198 36 056 A1 ist eine Anordnung zur Detektion von Hindernissen, insbesondere beim automatischen Schließen von Cabriolet-Verdecken, Kraftfahrzeug-Fenstern oder dergleichen bekannt. Diese Anordnung umfasst eine kapazitive Sensoreinrichtung mit einer aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigten Senderfläche und einem elektrisch leitenden Sensordraht. Die Senderfläche und der Sensordraht sind an eine Auswerte-Schaltung angeschlossen.
  • Es wird jedoch nicht zwischen 2 einem Gefährdungsbereich und einer diesem vorgelagerten Zone unterschieden.
  • Aus EP 1 154 110 A2 ist eine Detektoreinrichtung bekannt, die eine Masse-Elektrode und eine von dieser beabstandete Sensorelektrode umfasst. Durch diese Anordnung wird es möglich, Einklemmsituationen im Zusammenhang mit Verformungen einer die Sensorelektrode tragenden nachgiebigen Struktur, sowie auch Annäherungen nichtmetallischer Objekte, insbesondere einer Hand an die Sensorelektrode zu erfassen.
  • Aus EP 0 648 628 B1 ist eine Fensterdichtung bekannt, welche eine integrierte Elektrodeneinrichtung umfasst, wobei die Präsenz einer Hand oder eines anderen Körperteiles einer Person anhand von Änderungen eines die Elektrodeneinrichtung umgebenden elektrischen Feldes erfasst werden kann.
  • In DE 102 48 761 A1 (nachveröffentlicht) ist eine Sensoranordnung zur Detektion von Einklemmsituationen beschrieben. Bei dieser Sensoranordnung sind mehrere folienartig flächig ausgebildete Elektroden vorgesehen. Eine Einklemmsituation wird als solche erkannt, wenn zwei benachbarte kapazitive Sensoren für diese Einklemmsituation signifikante Signale liefern.
  • Auch hier findet keine ausdrückliche Unterscheidung zwischen einer einem unmittelbaren Gefährdungsbereich vorgelagerten Zone und diesem Gefährdungsbereich statt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welches bzw. durch welche jeweils in vorteilhafter Weise einer Gefährdung durch moto risch angetriebene Komponenten, insbesondere in Bewegungsspaltbereichen, vorgebeugt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung der Präsenz oder Bewegung eines Objektes in einem, bei der Durchführung eines Stellvorganges durch motorisch angetriebene Komponenten definierten Gefährdungsbereich, bei welchem mittels mindestens einer Elektrodeneinrichtung feldelektrische Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und einer diesem vorgelagerten Zone erfasst und mittels einer Prüfungsprozedur ausgewertet werden, wobei die Prüfungsprozedur stellvorgangsbedingte kapazitive Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und der diesem vorgelagerten Zone berücksichtigt.
  • Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, insbesondere einen Bewegungsspaltbereich, und einen, einem Bewegungsspaltbereich vorgelagerten Bereich im Hinblick auf in diesem Bereich vorhandene, oder sich in diesem Bereich bewegende Objekte, insbesondere menschliche Gliedmaßen zu observieren.
  • Es ist in vorteilhafter Weise möglich, die zur Auswertung der ermittelten feldelektrischen Eigenschaften vorgesehene Prüfprozedur derart abzustimmen, dass die Prüfungsprozedur für unterschiedliche Systemzustände unterschiedliche Prüfkriterien berücksichtigt.
  • Die ermittelten Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften des Überwachungsbereiches werden vorzugsweise als Beurteilungsgrundlage dafür herangezogen ob eine Bewegung eines Objektes in den Überwachungsbereich hinein und/oder aus diesem hinaus erfolgt.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist es gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung auch möglich, die Elektrodeneinrichtungen ferner zur Generierung von Eingangssignalen für ein Berührungssensorsystems heranzuziehen.
  • Die Prüfungsprozedur kann derart abgestimmt sein, dass diese für unterschiedliche Systemzustände unterschiedliche Prüfprioritäten vorsieht. So ist es möglich, zum Beispiel erst bei Erreichen kritischer Spaltmaße oder Antriebsmotor-Aufnahmeleistungen in bestimmte Elektrodenzonen, Präsenz- oder Bewegungsprüfungen durchzuführen.
  • Vorzugsweise erfolgt vor Einleitung eines Bewegungsvorganges, und/oder im Rahmen der Einleitung eines Bewegungsvorganges eine Systemabstimmung. Hierdurch wird es möglich, alterungs-, oder umgebungs-, insbesondere feuchtigkeitsbedingte, jedoch für die Bereichsobservation irrelevante Einflussgrößen zu kompensieren.
  • In besonders vorteilhafter Weise erfolgt auf Grundlage der seitens der Prüfprozedur generierten Auswertungsergebnisse eine Abstimmung der Abschaltkriterien. So ist es möglich, bei Ermittlung eines Objektes im Gefährdungsbereich die Stellgeschwindigkeit eines Verdeckantriebsmotors abzusenken, oder das maximal zulässige Motordrehmoment abzusenken, oder den zeitlichen Verlauf der Leistungsaufnahme des Verdeckantriebsmotors im Hinblick auf vorgegebene Abschaltkriterien zu analysieren.
  • Die Abstimmung der Abschaltkriterien erfolgt vorzugsweise derart, dass bei Erkennung eines Objektes, oder einer Objektbewegung insbesondere einer Hand im Überwachungsbereich eine Antriebskraftsteuerung mit höherer Sensitivität und/oder eine Absenkung der Antriebsgeschwindigkeit erfolgt.
  • Bei Erkennung eines Objekts, oder einer Objektbewegung, insbesondere einer Hand oder eines Fingers im Überwachungsbereich kann in vorteilhafter Weise ein akustisches Warnsignal ausgegeben werden oder auch eine Umkehrung der Antriebsbewegung veranlasst werden.
  • Hinsichtlich einer Vorrichtung zur Gefährdungsvorbeugung bei Bewegungsmechanismen wie insbesondere automatischen Fahrzeugverdecken wird die eingangs angegebene Aufgabe auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Erfassung der Präsenz oder Bewegung eines Objektes in einem durch motorisch angetriebene Komponenten definierten Gefährdungsbereich, mit:
    • – mindestens einer Elektrodeneinrichtung zur Erfassung feldelektrischer Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich, und einer diesem vorgelagerten Zone, und
    • – einer Auswertungsschaltungseinrichtung zur Abarbeitung einer Prüfungsprozedur, wobei die Prüfungsprozedur stellvorgangsbedingte kapazitive Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und der diesem vorgelagerten Zone berücksichtigt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 12 bis 17.
    •
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 eine Schemadarstellung zur Erläuterung eines ersten bevorzugten Schaltungsaufbaues für eine Cabrio-Verdecksicherung;
  • 2 eine zweite Schemadarstellung zur Erläuterung eines Schaltungsaufbaues für eine Cabrio-Verdecksicherung;
  • 3 eine dritte Schemadarstellung zur Erläuterung eines Schaltungsaufbaues für eine Cabrio-Verdecksicherung;
  • 4 eine vierte Schemadarstellung zur Erläuterung eines Schaltungsaufbaues für eine Cabrio-Verdecksicherung;
  • 5 eine fünfte Schemadarstellung zur Erläuterung eines Schaltungsaufbaues für eine Cabrio-Verdecksicherung.
  • 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein Fahrzeug-Faltverdeck. Das Faltverdeck eines Cabrio-Kraftfahrzeuges faltet und versenkt sich beispielsweise auf Knopfdruck automatisch in einem dafür vorgesehenen Stauraum im Fahrzeug. Die erforderliche Antriebskraft dieser Vorrichtung kann ausreichen einer dazwischengehaltenen menschlichen Hand einen ernsthaften Schaden zuzufügen, beispielsweise durch Quetschung. Die erfindungsgemäß im Bereich des Faltverdeckes insbesondere der potentiellen Spaltzonen vorgesehene Elektrodeneinrichtung kann derart angebracht sein, dass diese die Optik des Verdecks nicht beeinträchtigt.
  • Erfindungsgemäß ist eine Elektrodeneinrichtung vorgesehen die beispielsweise als Draht 101 ausgeführt sein kann. Dieser Draht 101, der je nach Ausführung starr oder flexibel sein kann, dient als kapazitiver Aufnehmer. Durch Festlegung des Verlaufes desselben beispielsweise durch Formung desselben kann die zu überwachende Zone genau definiert werden. Ein Ende des Drahtes 110 wird einem RC oder LC-Oszillator 100 zugeführt und mit einem frequenzbestimmenden Kondensator C1 verbunden (1). Eine Annäherung an diesen Draht 101 z.B. mit einer Hand 99 bewirkt eine geringfügige kapazitive Änderung und damit eine Frequenzverschiebung. Ein zweiter, stabiler Oszillator 102 erzeugt eine Frequenz, die der des ersten Oszillators 100 entspricht, wenn keine Annäherung an den Draht erfolgt. Beide Signalausgänge werden einem Mischer 104 mit nachfolgendem Tiefpass 103 zugeführt. An dessen Ausgang ist ein niederfrequentes Signal NF abgreifbar, das um so höher ist, je mehr der Oszillator 100 durch Annäherung, beispielsweise einer Hand 99, verstimmt wird.
  • Mit einer nachfolgend in Verbindung mit 2 beschriebenen Schaltung lässt sich in einem Arbeitsgang feststellen, in welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit die Hand 99 in Drahtnähe bewegt wird.
  • Zur Bestimmung eines oder mehrerer Schaltpunkte, etwa für Alarmierung, Abschaltung oder Wiedereinschaltung, kann die mit der Schaltung gemäß 1 erzeugte NF einem, oder mehreren Tondecodern 105, 106, 107 zugeführt werden, die bei unterschiedlichen Frequenzen f1, f2, f3 schalten. Dabei gilt, je höher die Frequenz f1, f2, f3, desto näher die Annäherung an den Draht 101.
  • Aus der zeitlichen Differenz zwischen zwei Schaltpunkten lässt sich die Geschwindigkeit der Annäherung bestimmen, während die Reihenfolge der Schaltpunkte Aufschluss über die Bewegungsrichtung gibt. Dies kann zur Ansteuerung eines R/S-Flipflops 108 verwendet werden, welches bei Annäherung für eine Abschaltung, und bei Entfernung der Hand 99 aus dem Gefahrenbereich für eine Wiedereinschaltung sorgt. Im Bereich dazwischen kann ein Alarmsignal warnen. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise eine gewisse „sensitive Intelligenz" des Sensors.
  • In 3 ist eine zweite erfindungsgemäße Schaltung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die durch Annäherung entstandene NF in eine analoge Spannung umgewandelt und einem Mehrfachkomparator zugeführt, wie er beispielsweise für LED-Aussteuerungsanzeigen verwendet wird. Wahlweise kann eine Punkt- oder Balkenanzeige 1 ... 14, 1, 16 verwendet werden, die Annäherung oder Entfernung einer Hand kann nun visualisiert werden. Abgriffe zum Steuern können über Optokoppler realisiert werden.
  • In 4 ist eine dritte Schaltungsvariante dargestellt. Bei dieser weiteren Ausführungsform erzeugt ein geeigneter Microcontroller 116 die feste Oszillatorfrequenz Osz.2 (PWM, oder per Software), und die Mischfrequenz wird als analoge Spannung mit Hilfe eines ADC 111 digitalisiert. Per Software lassen sich nun Schaltpunkte und Ausgänge festlegen.
  • In 5 ist eine vierte Schaltungsvariante dargestellt. Bei dieser weiteren Ausführungsform wird der in Variante 3 beschriebene Aufwand reduziert, indem das am Tiefpass 117 anliegende Signal über einen Schmittrigger 118 als Rechteck an einem Pin des Microcontrollers 116 anliegt. Dieser kann als Frequenzzähler programmiert sein. Über Vergleichsoperationen können Funktionen ausgeführt werden. Dadurch wird das System flexibler und kann sich, wie nachfolgend beschrieben, wechselnden Umgebungsbedingungen anpassen.
  • Ein DSP als Controller 116 kann die Funktionen des Mischers und des Tiefpass ebenfalls übernehmen, um den Schaltungsaufwand weiter zu reduzieren.
  • Einfache Umgebungsanalyse
  • Bevor beispielsweise ein Verdeck geöffnet wird, kann ein Nullabgleich erfolgen, um einen Fehlalarm auszuschließen. Dabei reduziert der Microcontroller 116 seine durch Software erzeugte oder veränderbare Fix-Frequenz, die den Osz.2 simuliert, bis diese mit der des Oszillators 100 übereinstimmt, die Mischfrequenz ist dann Null. Dabei durchläuft er eine einfache Schleife, etwa wie folgt:
    Figure 00080001
  • Damit können Einflüsse wie wechselnde Luftfeuchtigkeit oder metallische Gegenstände in der Nähe (z.B. Lichtmasten) kompensiert werden.
  • Komplexe Umgebungsanalyse
  • Da sich das beispielhafte Cabriodach beim Öffnen zusammenfaltet, ist eine Änderung der Drahtkapazität auch ohne Annäherung menschlicher Gliedmaßen vorstellbar. Diese Änderung kann aufgenommen und gespeichert werden. So könnte ab Werk ein Kennfeld aufgenommen werden, welches dem Öffnen des Verdecks bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen entspricht. Damit ließe sich bei jedem Öffnungswinkel eine optimale Detektion erreichen. Als Nebeneffekt könnte sich das Dach bei Regen oder Gewitter automatisch schließen.
  • Einsatzmöglichkeiten
  • Ob Klappscheinwerfer, elektrisch gehobene Fensterscheiben, Wischblätter u.v.m., es gibt viele Möglichkeiten, wo man sich Finger, Hände, Arme oder andere Körperteile schmerzhaft einklemmen kann. Durch den formbaren Sensordraht soll Abhilfe geschaffen werden. Anstelle eines Drahtes kann auch eine leitende Folie verwendet werden, auf Grund der größeren Fläche ist die kapazitive Änderung höher, was u.U. vorteilhaft sein kann, beispielsweise um Sitzbelegungen zu detektieren. Gefährliche Maschinenteile und Industrieroboter könnten ebenfalls abgesichert werden. Die Schaltung ist bekannten kapazitiven Sensoren, wie sie beispielsweise in Füllstandssensoren verwendet werden, überlegen, da erste nur punktuell arbeiten und keine Überschreitungslinien oder bestimmbare Zonen absichern können.
    • 98
    Sensor nach 1
    99
    Handkapazität
    100
    Oszillator 1, z.B. 4093, Schmittrigger, z.B. 300 kHz
    101
    Draht
    102
    Oszillator 2, z.B. 4093, Schmittrigger, z.B. 300 kHz
    103
    Tiefpass
    104
    Mischer, z.B. 4077
    R1
    Widerstand
    R2
    Widerstand (R2 = R1)
    C1
    Kondensator
    C2
    Kondensator (C2 = C1)
    105
    Tondekoder; Frequenz f1
    106
    Tondekoder; Frequenz f2 > f1
    107
    Tondekoder; Frequenz f3 > f2
    108
    R/S Flip-Flop
    109
    Balkenanzeige
    110
    f/U Wandler
    111
    A/D Wandler
    112
    Tiefpass
    116
    Microcontroller (Oszillator 2, z.B. 300 kHz)
    117
    Tiefpass
    119
    Mischer, z.B. 4077
    118
    Schmittrigger, z.B. 4093
    1
    Punkt- oder Balkenanzeige
    14
    Punkt- oder Balkenanzeige
    15
    Punkt- oder Balkenanzeige
    16
    Punkt- oder Balkenanzeige

Claims (15)

  1. Verfahren zur Erfassung der Präsenz oder Bewegung eines Objektes in einem durch motorisch angetriebene Komponenten definierten Gefährdungsbereich, bei welchem mittels mindestens einer Elektrodeneinrichtung feldelektrische Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und einer diesem vorgelagerten Zone erfasst und mittels einer Prüfungsprozedur ausgewertet werden, wobei die Prüfungsprozedur stellvorgangsbedingte kapazitive Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und der diesem vorgelagerten Zone berücksichtigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfungsprozedur für unterschiedliche Systemzustände unterschiedliche Prüfkriterien berücksichtigt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feldelektrischen Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich oder der vorgelagerten Zone anhand einer Kapazitätserfassung des durch die Elektrodeneinrichtung und den angrenzenden Umgebungsbereich definierten feldelektrischen Systems ermittelt werden.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelte Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften des Überwachungsbereiches als Beurteilungsgrundlage herangezogen werden, ob eine Bewegung eines Objektes in den Überwachungsbereich hinein oder aus diesem hinaus erfolgt.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung ferner zur Generierung von Eingangssignalen für ein Berührungssensorsystem herangezogen wird.
  6. Verfahren nach wenigstens, einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Objekts, oder einer Objektbewegung, im Üebrwachnugsbereich ein akustisches Warnsignal ausgegeben wird.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu erkennende Objekts oder die zu erkennedne Objektbewegung eine Hand oder ein Finger ist oder eine Hand oder ein Finger dieser zugrundeliegt.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Überwachungssystems in Abhängigkeit von ausgewählten Fahrzeugbetriebsparametern und/oder Zustandsparametern des Gefahrensystems erfolgt.
  9. Vorrichtung zur Erfassung der Präsenz oder Bewegung eines Objektes in einem durch motorisch angetriebene Komponeneten definierten Gefährdungsbereich, mit: – mindestens einer Elektrodeneinrichtung zur Erfssung feldelektrischer Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich, und einer diesem vorgelagerten Zone, und – einer Auswertungsschaltungseinrichtung zur Abarbeitung einer Prüfungsprozedur, wobei die Prüfungsprozedur stellvorgangsbedingte kapazitive Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich und der diesem vorgelagerten Zone berücksichtigt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtung als Draht (101) ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltungseinrichtung derart konfiguriert ist, dass die feldelektrischen Eigenschaften in dem Gefährdungsbereich oder oder vorgelagerten Zone anhand einer Kapazitätserfassung des durch die Elektrodeneinrichtung und den angrenzenden Umgebungsbereich definierten feldelektrischen Systems ermittelt werden.
  12. Vorrichtung nach wertigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltungseinrichtung derart konfiguriert ist, dass ermittelte Änderungen der feldelektrischen Eigenschaften des Überwachungsbereiches als Beurteilungsgrundlage herangezogen werden, ob eine Bewegung eines Objektes in den Überwachungsbereich hinein oder aus diesem hinaus erfolgt.
  13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinrichtungen Teil eines Berührungssensorsystems bilden.
  14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltungseinrichtung derart konfiguriert ist, dass die Prüfungsprozedur für unterschiedliche Systemzustände unterschiedliche Prüfprioritäten vorsieht.
  15. Vorrichtung nach wenigstens einem. der Ansprüche 9 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem derart konfiguriert ist, dass vor Einlaitung eines Bewegungsvorganges, oder im Rahmen der Einlaitung eines Bewegungsvorganges eine Systemabstimmung erfolgt.
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