DE19836056A1 - Anordnung zur Detektion von Hindernissen - Google Patents

Abstract

Bei einer Anordnung zur Detektion von Hindernissen, insbesondere beim automatischen Schließen von Cabrio-Verdecken, Kraftfahrzeug-Fenstern oder dergleichen, ist eine kapazitive Sensoreinrichtung, bestehend aus einer elektrisch leitenden Senderfläche auf der einen Seite und einem elektrisch leitenden Sensordraht auf mindestens einer im wesentlichen potentialfreien Metallfläche auf der anderen Seites eines Isolators, vorgesehen, wobei die Senderfläche und der Sensordraht an eine Auswerte-Schaltung angeschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion von Hindernissen, insbesondere beim automatischen Schließen von Cabrio-Verdecken, Kraftfahrzeug-Fenstern oder dergleichen.

Beim automatischen Schließen von Cabrio-Verdecken oder Seitenfenstern eines Kraftfahrzeuges besteht die Gefahr, daß beispielsweise die Hand einer Person oder ein anderer Gegenstand zwischen sich schließendem Cabrio-Verdeck und Querholm der Frontscheibe bzw. zwischen sich schließendem Seitenfenster und oberen Querholm des Fensterrahmens eingeklemmt werden kann. Dabei kann es natürlich nicht nur zur Beschädigung des eingeklemmten Gegenstandes, sondern möglicherweise auch von entsprechenden Teilen der Schließvorrichtung kommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Detektion von Hindernissen der eingangs genannten Art anzugeben, wobei in einfacher Weise eine Unterscheidung zwischen Hindernissen und dem sich schließenden Cabrio-Verdeck bzw. Seitenfenstern gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine kapazitive Sensoreinrichtung, bestehend aus einer elektrisch leitenden Senderfläche auf der einen Seite und einem elektrisch leitenden Sensordraht und mindestens einer im wesentlichen potentialfreien Metallfläche auf der anderen Seite eines Isolators, vorgesehen ist und daß die Senderfläche und der Sensordraht an eine Auswerte-Schaltung angeschlossen sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß ein einfacher geometrischer Aufbau für das Kraftfahrzeug realisierbar ist. Sie verhindert das Einklemmen von Gegenständen und schaltet bei Gefahr den Motor ab bzw. läßt einen Motoranlauf nicht zu.

Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die mit einer Wechselspannung beaufschlagte Senderfläche gegenüber der durch den Isolator beabstandeten Metallfläche angeordnet ist, welche einen für die Aufnahme des Sensordrahtes im Isolator geeignet geformten Ausschnitt aufweist, und daß der Sensordraht an die Auswerte-Schaltung angeschlossen ist, an deren Ausgang ein Motorschaltsignal für das Schalten eines Antriebsmotors abnehmbar ist.

Dabei hat sich besonders bewährt, daß die Auswerte-Schaltung aus einem Strom-Spannungs-Wandler zur Abgabe eines Meßsignals und nachgeschalteter, mit der Wechselspannung und dem Meßsignal gespeister phasenabhängiger Gleichrichteranordnung besteht und daß am Ausgang der phasenabhängigen Gleichrichteranordnung das Motorschaltsignal für das Freigeben des Antriebsmotors mit einem ersten Pegel und für das Abschalten des Antriebsmotors beim Auftreten von Hindernissen in der Nähe der Sensoreinrichtung mit einem zweiten Pegel abnehmbar ist.

Zur Vermeidung von Störungen hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die phasenabhängige Gleichrichteranordnung einen Phasenschieber enthält, an dessen Eingang die Wechselspannung als Referenzsignal anliegt und dessen Ausgang mit je einem Eingang zweier Schwellwertschaltungen zur Ableitung von Schaltspannungen verbunden ist, deren jeweiliger Ausgang an je einen Steuereingang zweier Analogschalter angeschlossen ist, daß das Meßsignal dem einen Analogschalter direkt und dem anderen Analogschalter invertiert zugeführt wird, daß der Ausgang jedes Analogschalters mit je einem Eingang einer Addierstufe verbunden ist, an deren Ausgang über einen Tiefpaß das Motorschaltsignal abnehmbar ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Sensoreinrichtung für die Detektion von Hindernissen beim Schließen des Cabrio-Verdeckes im Querholm oberhalb der Frontscheibe des Kraftfahrzeuges integriert ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Varianten der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Sensoreinrichtung für die Detektion von Hindernissen beim Schließen der Seitenfenster in den oberen Querholm der Fensterrahmen integriert ist.

Der Isolator kann von einem Streifen aus geeignetem Werkstoffgebildet sein. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Sensoreinrichtung von einer elastischen Streifendichtung umschlossen ist, die auch den Isolator bildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den vorderen Teil eines Cabrios in Seitenansicht,

Fig. 2 eine kapazitive Sensoreinrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 3 ein Schaltbild der kapazitiven Sensoreinrichtung mit angeschlossenem Eingangsverstärker,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer phasenabhängigen Gleichrichteranordnung,

Fig. 5 Strom- bzw. Spannungs-Zeit-Diagramme von in Fig. 4 vorkommenden Signalen und

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine in einer Streifendichtung angeordnete Sensoreinrichtung.

Fig. 1 zeigt im Umriß den vorderen Teil eines Cabrios 1, bei welchem sich das Cabrio-Verdeck 2 einer oberhalb der Frontscheibe angeordneten kapazitiven Sensoreinrichtung 3 beim Schließen (in Pfeilrichtung) nähert. Bei der Detektion von Hindernissen, zum Beispiel menschlichen Körperteilen, in der Nähe der Sensoreinrichtung 3 wird mit Hilfe der daran angeschlossenen Auswerte-Schaltung, welche weiter unten näher beschrieben wird, ein für das Bewegen des Verdeckes 2 vorgesehener - in der Zeichnung nicht dargestellter - Antriebsmotor so gesteuert, daß ein Einklemmen eines Gegenstandes nicht möglich ist.

Die für die Detektion von Hindernissen vorgeschlagene Sensoreinrichtung 3 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Sie umfaßt im wesentlichen eine Senderfläche 4 aus elektrisch leitendem Material, eine Metallfläche 5 ohne festes Potential, einen zwischen diesen beiden angeordneten Isolator 6 sowie einen Sensordraht 7. An die Senderfläche 4 ist ein Sinus-Oszillator 8 angeschlossen, wodurch die Senderfläche 4 eine Wechselspannung - im folgenden auch Sinussignal genannt - an die Umgebung abgeben kann. Von dem als Antenne wirkenden Sensordraht 7 wird dieses Sinussignal aufgenommen und an eine Auswerte-Schaltung 9 weitergeleitet, an deren Ausgang 11 ein Schaltsignal für den Antriebsmotor des Cabrio-Verdeckes abnehmbar ist.

Ohne ein Hindernis liegt am Sensordraht 7 das von der Senderfläche 4 ausgestrahlte Sinussignal mit einer bestimmten Feldstärke an. Der Antriebsmotor des Cabrio-Verdeckes erhält hierbei ein bestimmtes Schaltsignal vom Ausgang 11, welches das automatische Schließen des Verdeckes 2 im Fall, daß keine Gefahr besteht bzw. kein Hindernis im Einklemmbereich ist, erlaubt. Berührt nun ein Gegenstand oder ein Mensch die Metallflächen 5, wird wegen der erhöhten Kopplung der Metallflächen 5 gegen Masse die Feldliniendichte am Sensordraht 7 stark geschwächt. Somit sinkt das empfangene Sinussignal deutlich, wodurch am Ausgang 11 der Auswerte-Schaltung 9 ein entsprechendes, den Antriebsmotor abschaltendes Schaltsignal entsteht. Dadurch wird jede Berührung der Metallflächen 5 sicher detektiert und der jeweilige Gegenstand vor Einklemmen geschützt. Dabei wird eine Abschaltung durch die sich nähernde Kante des Verdeckes vor der Berührung verhindert.

In Fig. 3 ist ein Schaltbild eines an die Sensoreinrichtung 4 bis 7 angeschlossenen als Strom-Spannungs-Wandler wirkenden Eingangsverstärkers 12 der Auswerte-Schaltung 9 dargestellt, wobei der Sensordraht 7 direkt mit dem invertierenden Eingang eines über einen Widerstand 16 gegengekoppelten Operationsverstärkers 13 verbunden ist, an dessen Ausgang 14 das Meßsignal b abnehmbar ist. Der Sinus-Oszillator 8 ist hierbei nicht nur mit der Senderfläche 4, sondern auch mit einem Ausgang 15 verbunden, an welchem das Sinussignal a abnehmbar ist.

Sowohl das am Ausgang 15 abnehmbare Sinussignal a als auch das am Ausgang 14 abnehmbare Meßsignal b werden zur weiteren Verarbeitung einer nachfolgenden phasenabhängigen Gleichrichteranordnung 20 gemäß Fig. 4 zugeführt. Am Eingang 21 liegt das Sinussignal a und am Eingang 22 das Meßsignal b an.

Zur besseren Erläuterung des Blockschaltbildes nach Fig. 4 sind die darin vorkommenden Signale a bis g in Fig. 5 gezeigt.

Das Sinussignal a wird zunächst in einer Phasenschieberschaltung 23 in seiner Phase der des Meßsignals b angepaßt. Danach wird das phasenverschobene Sinussignal a' je einer Schwellwertschaltung 24, 25 zugeführt, in welchen die positiven Halbwellen beim Schwellwert c1 bzw. die negativen Halbwellen beim Schwellwert c2 abgeschnitten werden. Die daraus abgeleiteten Rechtecksignale d1 und d2, deren Dauer weniger als 180° betragen, werden jeweils dem Steuereingang zweier Analogschalter 26 und 27 zugeführt.

Am Signaleingang des Analogschalters 26 liegt das über den Eingang 22 zugeführte Meßsignal b direkt und am Signaleingang des Analogschalters 27 das über eine Inverterschaltung 28 geleitete, um 180° phasenverschobene Meßsignal b an. Während der positiven Impulse der Signale d1 und d2 werden die Analogschalter 26 und 27 leitend, und es entstehen somit an den Ausgängen der Analogschalter 26 bzw. 27 verkürzte gleichgerichtete angenäherte Sinushalbwellen e1 und e2. Diese werden danach in der Addierstufe 29 zum gleichgerichteten Sinussignal f zusammengesetzt und über einen Tiefpaß 31 geführt, an dessen Ausgang 32 schließlich ein geglättetes Gleichspannungssignal g als Motorschaltsignal zur Verfügung steht.

Wird nun der normale Schließbetrieb, bei dem das Meßsignal b entsteht, durch Berührung der Sensoreinrichtung 3 (Fig. 1) gestört, dann nimmt die Amplitude (gestrichelt dargestellt) des Meßsignals gemäß b' stark ab. Am Ausgang 32 ist dann ein Gleichspannungssignal g' mit einem Gleichspannungswert nahe 0 abnehmbar, wodurch der Antriebsmotor sofort abgeschaltet wird.

Da sich der Wert des Meßsignals b beim Berühren der Metallflächen 5 schlagartig ändert, kann ein Schwellwert c leicht eingestellt werden. Der Temperatureinfluß bleibt dabei gering gegenüber der Meßwertänderung.

Durch Verwendung des Sinussignals a des Oszillators 8 als Referenzsignal wird die Filterfrequenz der phasenabhängigen Gleichrichteranordnung 20 nachgeführt. Dadurch spielen temperaturbedingte Frequenzdrifts des Sinus-Oszillators 8 keine Rolle mehr. Außerdem entsteht dabei ein schmaler Filterbereich, der gegen Störfrequenzen unempfindlich ist.

Fig. 6 zeigt eine Streifendichtung 32 im Querschnitt mit der Senderfläche 4, dem Sensordraht 7 und potentialfreien Metallflächen 5 sowie dem von der Streifendichtung gebildeten Isolator 6'.

Claims (7)

1. Anordnung zur Detektion von Hindernissen, insbesondere beim automatischen Schließen von Cabrio-Verdecken, Kraftfahrzeug-Fenstern oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß eine kapazitive Sensoreinrichtung (3), bestehend aus einer elektrisch leitenden Senderfläche (4) auf der einen Seite und einem elektrisch leitenden Sensordraht (7) und mindestens einer im wesentlichen potentialfreien Metallfläche (5) auf der anderen Seite eines Isolators (6), vorgesehen ist und daß die Senderfläche (4) und der Sensordraht (7) an eine Auswerte-Schaltung (9) angeschlossen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Wechselspannung (a) beaufschlagte Senderfläche (4) gegenüber der durch den Isolator (6) beabstandeten Metallfläche (5) angeordnet ist, welche einen für die Aufnahme des Sensordrahtes (7) im Isolator (6) geeignet geformten Ausschnitt aufweist, und daß der Sensordraht (7) an die Auswerte-Schaltung (9) angeschlossen ist, an deren Ausgang (11) ein Rotorschaltsignal für das Schalten eines Antriebsmotors abnehmbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte-Schaltung (9) aus einem Strom-Spannungs-Wandler zur Abgabe eines Meßsignals (b) und nachgeschalteter, mit der Wechselspannung (a) und dem Meßsignal (b) gespeister phasenabhängiger Gleichrichteranordnung (20) besteht und daß am Ausgang (32) der phasenabhängigen Gleichrichteranordnung (20) das Motorschaltsignal (g) für das Freigeben des Antriebsmotors mit einem ersten Pegel und für das Abschalten des Antriebsmotors beim Auftreten von Hindernissen in der Nähe der Sensoreinrichtung (3) mit einem zweiten Pegel abnehmbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenabhängige Gleichrichteranordnung (20) einen Phasenschieber (23) enthält, an dessen Eingang die Wechselspannung (a) als Referenzsignal anliegt und dessen Ausgang mit je einem Eingang zweier Schwellwertschaltungen (24, 25) zur Ableitung von Schaltspannungen verbunden ist, deren jeweiliger Ausgang an je einen Steuereingang zweier Analogschalter (26, 27) angeschlossen ist, daß das Meßsignal (b) dem einen Analogschalter (26) direkt und dem anderen Analogschalter (27) invertiert zugeführt wird, daß der Ausgang jedes Analogschalters (26 bzw. 27) mit je einem Eingang einer Addierstufe (29) verbunden ist, an deren Ausgang über einen Tiefpaß (31) das Motorschaltsignal (g) abnehmbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (3) für die Detektion von Hindernissen beim Schließen des Cabrio-Verdeckes (2) im Querholmen oberhalb der Frontscheibe des Kraftfahrzeuges integriert ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung für die Detektion von Hindernissen beim Schließen der Seitenfenster in den oberen Querholmen der Fensterrahmen integriert ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung von einer elastischen Streifendichtung umschlossen ist, die auch den Isolator bildet.