DE202006002044U1

DE202006002044U1 - Aktiver Sensor und Verstellsystem

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Publication number: DE202006002044U1
Application number: DE200620002044
Authority: DE
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2016-02-10

Abstract

Aktiver Sensor
– mit einem Sender (7, 8) zum Aussenden eines Messsignals (11, 12),
– mit einem Empfänger (9) zum Empfang des Messsignals (11, 12),
– mit einer Übertragungsstrecke zur Übertragung des Messsignals (11, 12) und
– mit einer Auswerteeinheit (15), die dafür eingerichtet ist, eine Änderung der Übertragungscharakteristik des Messsignals (11, 12) zu registrieren und ein der registrierten Änderung entsprechendes Ausgabesignal zu erzeugen, wobei
– der Sender (7,8) dafür eingerichtet ist, das Messsignal (11, 12) diskontinuierlich auszusenden, wobei die Sendeleistung kurzfristig oberhalb einer im Dauerbetrieb möglichen maximalen Sendeleistung und im Mittel unterhalb der maximalen Sendeleistung liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen aktiven Sensor mit einem Sender zum Aussenden eines Messsignals, mit einem Empfänger zum Empfang des Messsignals und mit einer Übertragungsstrecke zur Übertragung des Messsignals. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verstellsystem mit einem derartigen Sensor.
Allgemein wandelt ein Sensor eine zu messende Größe, beispielsweise eine physikalische Größe wie Temperatur oder Druck, so um, dass sie elektronisch weiterverarbeitbar ist. Eine elektronische Weiterverarbeitung hat verschiedene Vorteile. Durch Signalverstärkung und Filterung wird eine hohe Empfindlichkeit erreicht. Die Messwerte sind speicherbar, so dass weiterführende Analysen wie statistische Analysen oder Frequenzanalysen durchführbar sind.
Unter einem aktiven Sensor ist ein Sensor zu verstehen, der für die Generierung eines Messsignals mit elektrischer Energie zu versorgen ist. Ein bekanntes Beispiel für einen aktiven Sensor ist ein Hallsensor, der eine Magnetfeldänderung in eine proportionale elektrische Ausgangsgröße umwandelt. Hierzu muss eine Spannung angelegt werden.
Ein aktiver Sensor der eingangs genannten Art weist einen Sender und einen Empfänger auf. Dabei generiert der Sender ein Messsignal, das von einem Empfänger empfangen wird. Für eine Übertragung des Messsignals wird ein festes, flüssiges oder gasförmiges Medium genutzt. Sender und Empfänger sind an dieses Medium angekoppelt und stehen über dieses Medium miteinander in Verbindung. Aufgrund von Änderungen der Übertragungscharakteristik des Messsignals zwischen Sender und Empfänger kann auf Änderungen des Mediums und gegebenenfalls auf deren Ursache zurück geschlossen werden.
Dieses Messprinzip wird insbesondere bei taktilen Sensoren eingesetzt, die einen Druck oder eine Berührung registrieren. Die Registrierung erfolgt kapazitiv, elektrisch oder über die Dämpfung von Licht oder Oberflächenwellen.
Ein taktiler Sensor, der die Dämpfung von Licht auf Druck oder Berührung detektiert, ist aus der US 6,144,790 A bekannt. Dabei wird ein Lichtwellenleiter mit einer drucksensitiven Ummantelung mit Licht durchstrahlt. Ein Druck auf diese Ummantelung führt zu einer Dämpfung des Lichts und wird von einem Empfänger detektiert.
Ein weiterer taktiler Sensor sendet mit einem Sender Oberflächenwellen aus, deren Änderung durch einen Empfänger detektierbar ist. Dabei sind Sender und Empfänger über einen Festkörper angekoppelt. Eine Änderung des Schwingungsverhaltens des Festkörpers beispielsweise durch eine Dämpfung seiner Schwingung, wie sie durch Kontakt mit einem Gegenstand hervorrufbar ist, ändert die Übertragungscharakteristik und kann somit detektiert werden.
Taktile Sensoren werden insbesondere in der Automobiltechnik genutzt. Dort sind mittlerweile elektrische Verstellorgane wie elektrische Fensterheber oder elektrische Schiebetüren Standard. Ein Schließen eines derartigen elektrischen Verstellorgans ist mit dem Risiko verbunden, dass während des Schließvorganges ein Körperteil eines Menschen oder eines Tieres eingeklemmt wird. Ein solcher Einklemmfall kann mittels taktiler Sensoren, die z.B. in der Fenster- oder Türdichtung angeordnet sind, detektiert werden und es können entsprechende Gegenmaßnahmen, wie ein Anhalten der Bewegung des Verstellorgans oder eine Gegenbewegung entgegen der Schließrichtung in Öffnungsrichtung, ergriffen werden, um den eingeklemmten Gegenstand wieder frei zu geben.
Ein begrenzender Faktor ist bei einem Sensor der eingangs genannten Art die maximale Reichweite des Senders und damit der maximale Abstand zwischen Sender und Empfänger. Dieser maximale Abstand ist zwar durch eine Erhöhung der Sendeleistung vergrößerbar. Eine Erhöhung der Sendeleistung vergrößert jedoch auch die Verlustleistung des Senders, die zu einem stärkeren Erwärmen seiner Bauteile führt. Dieses Erwärmen kann zu einer Zerstörung der Bauteile und damit des Senders führen. Eine Erhöhung der Sendeleistung des Senders kann nachteiliger Weise nur durch eine entsprechende Dimensionierung der Bauteile erreicht werden, die mit Zusatzkosten verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, der eine möglichst hohe Reichweite aufweist. Eine weitere Aufgabe ist die Angabe eines möglichst zuverlässigen Verstellsystems zur Detektierung eines Einklemmfalls.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sensor gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, dessen Sender für die Aussendung eines diskontinuierlichen Messsignals eingerichtet ist. Dabei liegt die Sendeleistung des Senders kurzfristig oberhalb einer maximalen Verlustleistung und im Mittel unterhalb der maximalen Verlustleistung. Die Unteransprüche enthalten teilweise zweckmäßige und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen der Erfindungen.
Der aktive Sensor weist dazu einen Sender zum Aussenden eines Messsignals auf. Dieses Messsignal wird auf einer Übertragungsstrecke zum Empfänger übertragen, der zum Empfang des Messsignals ausgebildet ist. Eine dem Empfänger nachgeschaltete Auswerteeinheit registriert eine Änderung in der Übertragungscharakteristik des Messsignals und erzeugt ein der registrierten Änderung entsprechendes Ausgangssignal.
Der Sender ist dafür eingerichtet, das Messsignal diskontinuierlich derart auszusenden, dass die Sendeleistung kurzfristig oberhalb einer im Dauerbetrieb möglichen maximalen Sendeleistung liegt. Da die Sendeleistung einzelner Pulse erhöht ist, erhöht sich die mögliche Übertragungsstrecke zwischen Sender und Empfänger. Damit ist das Messsignal vom Empfänger auch noch nach Übertragungsstrecken detektierbar, die vergleichbaren Sensoren des Standes der Technik nicht erschlossen waren. Während des kurzen Zeitraumes der erhöhten Sendeleistung werden die Bauteile des Senders und des Empfängers thermisch belastet. Da aber im Anschluss an diesen Zeitraum die Sendeleistung entweder sehr niedrig oder gleich Null ist, können sich die Bauteile von Sender und Empfänger wieder abkühlen, so dass insgesamt eine Beschädigung vermieden ist und ihre Funktion erhalten bleibt.
Auf diese Weise ist ohne eine Verwendung teurer entsprechend dimensionierter Bauteile eine sichere Übertragung des Messsignals über eine größere Entfernung zwischen Sender und Empfänger erreichbar. So lassen sich Messaufgaben, bei denen eine ausgedehnte Messstrecke zu erfassen ist, entweder überhaupt erst durchführen, oder aber die Messung wird durch den Einsatz einer geringeren Anzahl Sensoren kostengünstiger durchführbar.
Wahlweise ist bei einer vorgegebenen Übertragungsstrecke auch der Einsatz eines gegenüber herkömmlichen Sensoren baulich kleiner ausgelegten Sensors erreichbar, was sich kostengünstig auf den Fertigungsprozess dieser Sensoren auswirkt.
Da der aktive Sensor elektrisch zu versorgen ist, ist bei einer im Mittel herabgesetzten Sendeleistung auch der Verbrauch an elektrischer Energie niedriger als bei herkömmlichen Sensoren. Insbesondere bei Sensoren, die batteriebetrieben sind, lassen sich die Intervalle zum Wechseln der Batterie herabsetzen, was eine Kostenersparnis bewirkt.
Die Übertragungsstrecke zur Dämpfung des Messsignals ist zweckmäßig in Abhängigkeit vom zu messenden Ereignis ausgebildet. Damit werden exakt auf die Messaufgabe abgestimmte Komponenten eingesetzt, was zu einer Kostenersparnis bei der Fertigung der Sensoren beiträgt. Beispielsweise kann ein Drucksensor ein elastisches Material entlang der Messstrecke aufweisen, dessen Formveränderung die Übertragungscharakteristik des Messsignals beeinflusst.
In einer bevorzugten Variante ist der aktive Sensor ein taktiler Sensor, mit dem eine Berührung detektierbar ist. Ein taktiler Sensor kann insbesondere mit einer schlauchförmigen Messstrecke ausgebildet sein, entlang der das Messsignal läuft. Damit eignet er sich insbesondere in der Automobiltechnik als ein Sensor zur Detektion eines Einklemmfalles bei einem Verstellorgan wie elektrisch betriebene Fenster oder Türen. Ein schlauchförmiger taktiler Sensor kann zudem leicht Konturen der Karosserie nachgeführt werden.
Der Sender sendet zweckmäßig Messsignale periodisch in festen Abständen aus. Auf diese Weise lässt sich durch Periodenwahl und Sendeleistung ein Betrieb des Senders derart festlegen, dass eine definierte Abkühlung des Senders während zwei Sendepulsen gesichert ist.
In einer zweckmäßigen Variante generiert die Auswerteeinheit nur dann ein Messsignal, wenn eine Messwertänderung vorliegt, die über einer vorgegebenen Schwelle liegt. Auf diese Weise lässt sich eine thermische Belastung von Bauteilen der Auswerteeinheit reduzieren.
Vorteilhaft sendet der Sender Messsignale nur auf Aufforderung des Empfängers. Auf diese Weise wird eine thermische Belastung der einzelnen Baugruppen von Sender und Empfänger zusätzlich vermindert.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Sender dafür eingerichtet, mehrere unterschiedliche Signale zeitgleich oder sukzessive in einem vorgegebenen Zeitfenster zu erzeugen. Damit sind unterschiedliche Informationen übermittelbar.
In einer weiteren Variante umfasst der Sensor eine Mehrzahl von Sendern, denen ein gemeinsamer Empfänger zugeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich eine Erfassung mehrerer Messsignale kostengünstiger umsetzen.
Ist der Empfänger zudem dafür eingerichtet, die Messsignale aufgrund ihrer Übertragungscharakteristik zu unterscheiden, sind von einer Anzahl von Sendern jeweils eine Anzahl von Messsignalen erfassbar und den einzelnen Sendern eindeutig zuzuordnen. Damit ist beispielsweise eine ortsabhängige Erfassung von Zustandsänderungen realisierbar.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verstellsystem mit einem vorbeschriebenen aktiven Sensor gelöst. Dabei wird ein Stellorgan gegen einen Anschlag mittels eines Antriebs bewegt. Dieser Antrieb wird von einer Steuereinheit gesteuert. Der Sensor ist mit der Steuereinheit verbunden und dient der Detektion eines Einklemmfalles. Wird von der Steuereinheit ein Einklemmfall detektiert, so stoppt diese den Antrieb und kehrt ihn gegebenenfalls um, um ein eingeklemmtes Objekt wieder frei zu geben oder einen Schaden durch eine Weiterbewegung zu vermeiden. Der Anschlag kann dabei sowohl durch Hardware als auch durch Software realisiert sein.
Als Sensor kommt bevorzugt ein taktiler Sensor zur Anwendung, der am Stellorgan oder seinem Anschlag angeordnet ist. Üblicherweise wird der taktile Sensor in der Dichtung eines elektrisch verstellbaren Fensters oder einer elektrisch verstellbaren Tür angeordnet. Als Folge eines detektierten Einklemmfalles wird der Schließmechanismus des Fensters oder der Tür angehalten und gegebenenfalls das Objekt durch eine Umkehr des Antriebs wieder frei gegeben.
Ein großer Vorteil des angegebenen Verstellsystems mit einem derartigen Sensor besteht darin, dass die zu überwachende Messstrecke des Sensors im Vergleich zu Sensoren bekannter Art wesentlich länger sein kann. Insbesondere bei einem Stellorgan in der Automobiltechnik kann die auf einen Einklemmfall zu überwachende Strecke leicht eine Länge von mehreren Metern erreichen. Die Nutzung eines vorgeschriebenen Sensors bringt hierbei einen Kostenvorteil, da gegebenenfalls nur noch ein Sensor eingesetzt werden muss. Auf diese Weise lassen sich bei der Herstellung eines Verstellsystems Kosten sparen, was insbesondere in der Automobilindustrie vorteilhaft ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Autotür mit einem aktiven Sensor
2 eine zweite Autotür mit einem weiteren aktiven Sensor
Einander entsprechende Elemente sind in beiden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Autotür 1 dargestellt, in die eine Verstelleinheit 2, in diesem Fall eine elektrisch hebbare Fensterscheibe, integriert ist. Die Vorrichtung zum Verstellen der Fensterscheibe ist an sich Stand der Technik und in der Figur lediglich angedeutet. Die für den Verstellvorgang notwendige Hebekraft wird von einem Verstellantrieb 3 bereit gestellt. Bei einem Schließvorgang wird die Fensterscheibe nach oben in Schließrichtung 4 bewegt, bis sie an einem Anschlag 5, gebildet durch den im Wesentlichen horizontal verlaufenden und in Schließrichtung 4 liegenden oberen Teil des Fensterrahmens 6, anliegt. Bei einem Öffnungsvorgang wird die Fensterscheibe vom Verstellantrieb 3 in die der Schließrichtung 4 entgegen gesetzte Richtung bewegt, bis die Fensterscheibe vollständig in der Autotür 1 versenkt ist.
Zum Detektieren eines Einklemmfalls ist ein aktiver Sensor vorgesehen. Seine beiden Sender 7, 8 sind am in Schließrichtung liegenden oberen Teil des Fensterrahmens 6 angeordnet. Die beiden Sender 7, 8 und der Empfänger 9 sind über eine Blechleiste 10 miteinander verbunden und bilden miteinander ein Schwingungssystem. Die Blechleiste 10 ist in die Dichtung des Fensterrahmens integriert, verläuft im wesentlichen parallel zum Anschlag 5 und ist schwingungstechnisch vom Fensterrahmen 6 entkoppelt. Die Dichtung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 nicht dargestellt.
Die beiden Sender 7, 8 koppeln als Messsignale 11, 12 Oberflächenwellen in die Oberfläche der Blechleiste 10 ein. Die Oberflächenwellen laufen in Richtung 13 die Blechleiste 10 entlang bis zu einem ebenfalls am Fensterrahmen 6 angeordneten Empfänger 9. Der Empfänger 9 empfängt die Messsignale 11, 12. Gerät bei einem Schließvorgang ein Gegenstand G, beispielsweise ein Körperteil eines Menschen oder eines Tieres, zwischen die Oberkante 14 der Verstelleinheit 2 und den Anschlag 5, ändert sich im Einklemmfall die Oberflächenschwingung der Blechleiste und damit die Übertragungscharakteristik der Messsignale 11, 12. Diese Änderung der Übertragungscharakteristik wird von der Auswerteeinheit 15 registriert. Die Auswerteeinheit übermittelt diese Information an eine Steuereinheit 16. Die Steuereinheit 16 generiert ein Steuersignal, das am Verstellantrieb 3 eine Umkehr der Bewegung der Fensterscheibe 2 entgegen der Schließrichtung 4 und ein Freigeben des Gegenstandes G hervorruft. Da dieses Freigeben des Gegenstandes G rasch erfolgt, ist ein sicherer Einklemmschutz gewährleistbar.
2 zeigt eine weitere Autotür 1 mit einem aktiven Sensor. Die Sender 7, 8 und der Empfänger 9 sind im Bereich der entgegen der Schließrichtung 4 liegenden Unterkante 16 der Fensterscheibe angeordnet, die auch in Schließstellung der Fensterscheibe nicht sichtbar ist. Die beiden Sender 7, 8 koppeln als Messsignale 11, 12 Oberflächenwellen in die Oberfläche der Fensterscheibe ein und bilden zusammen mit dem Empfänger 9 ein Schwingungssystem. Im Einklemmfall werden diese Oberflächenwellen gedämpft. Damit ändert sich ihre Übertragungscharakteristik. Diese Änderung wird vom Empfänger 9 empfangen. Die Freigabe des eingeklemmten Gegenstands G erfolgt analog zu der in 1 beschriebenen Weise.

1: Autotür
2: Verstelleinheit
3: Verstellantrieb
4: Schließrichtung
5: Anschlag
6: Fensterrahmen
7: Sender
8: Sender
9: Empfänger
10: Blechleiste
11: Messsignal
12: Messsignal
13: Richtung entlang des Fensterrahmens
14: Oberkante
15: Auswerteeinheit
16: Steuereinheit
17: Unterkante

Claims

Aktiver Sensor – mit einem Sender (7, 8) zum Aussenden eines Messsignals (11, 12), – mit einem Empfänger (9) zum Empfang des Messsignals (11, 12), – mit einer Übertragungsstrecke zur Übertragung des Messsignals (11, 12) und – mit einer Auswerteeinheit (15), die dafür eingerichtet ist, eine Änderung der Übertragungscharakteristik des Messsignals (11, 12) zu registrieren und ein der registrierten Änderung entsprechendes Ausgabesignal zu erzeugen, wobei – der Sender (7,8) dafür eingerichtet ist, das Messsignal (11, 12) diskontinuierlich auszusenden, wobei die Sendeleistung kurzfristig oberhalb einer im Dauerbetrieb möglichen maximalen Sendeleistung und im Mittel unterhalb der maximalen Sendeleistung liegt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsstrecke zur Dämpfung des Messsignals in Abhängigkeit von dem zu messenden Ereignis ausgebildet ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er als ein taktiler Sensor ausgebildet ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7, 8) dafür eingerichtet ist, das Messsignal (11, 12) periodisch in festen Zeitabständen auszusenden.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (15) dafür eingerichtet ist, das Ausgabesignal nur bei einer Messwertänderung zu generieren, die über einer vorgegebenen Schwelle liegt.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7, 8) dafür eingerichtet ist, das Messsignal (11, 12) nur auf eine Aufforderung durch den Empfänger (9) hin auszusenden.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7, 8) dafür eingerichtet ist, mehrere Messsignale (11, 12) zeitgleich oder sukzessive in einem vorgegebenen Zeitfenster zu übertragen.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (9) dafür eingerichtet ist, mehrere Messsignale (11, 12) aufgrund ihrer Übertragungscharakteristik zu unterscheiden.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Sendern (7, 8).
Sensor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Empfänger (9).
Verstellsystem – mit einem Stellorgan (2), das gegen einen Anschlag (5) beweglich ist, – mit einem Antrieb (3) zum Antrieb des Stellorgans (2), – mit einer Steuereinheit (16) zum Steuern des Antriebs (3) – und mit einem mit der Steuereinheit (16) verbundenen Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche zur Detektion eines Einklemmfalls, wobei die Steuereinheit (16) dafür ausgebildet ist, bei Detektion eines Einklemmfalls den Antrieb zu stoppen und/oder reversierend anzutreiben.