EP1915499A1 - Einklemmsensor - Google Patents

Einklemmsensor

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Publication number
EP1915499A1
EP1915499A1 EP06762313A EP06762313A EP1915499A1 EP 1915499 A1 EP1915499 A1 EP 1915499A1 EP 06762313 A EP06762313 A EP 06762313A EP 06762313 A EP06762313 A EP 06762313A EP 1915499 A1 EP1915499 A1 EP 1915499A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
sensor
shielding
einklemmsensor
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06762313A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Weingärtner
Thorsten Kuhnen
Holger WÜRSTLEIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brose Fahrzeugteile SE and Co KG filed Critical Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Publication of EP1915499A1 publication Critical patent/EP1915499A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/40—Safety devices, e.g. detection of obstructions or end positions
    • E05F15/42—Detection using safety edges
    • E05F15/46—Detection using safety edges responsive to changes in electrical capacitance
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME RELATING TO HINGES OR OTHER SUSPENSION DEVICES FOR DOORS, WINDOWS OR WINGS AND DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION, CHECKS FOR WINGS AND WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/53—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles characterised by the type of wing
    • E05Y2900/55—Windows

Definitions

  • the invention relates to an anti-pinch sensor, in particular for detecting an obstacle in the path of an actuating element of a motor vehicle, having a positionable via a signal line to a measuring potential, opposite a counter electrode positionable electrode and an evaluation circuit for detecting the capacitance between the electrode and counter electrode.
  • an electric field is generated between the electrode and the counter electrode. If a dielectric or generally an object with a relative dielectric constant ⁇ r of greater than 1 enters this field, the capacitance formed by the electrode and the counterelectrode thereby changes. Therefore, if the capacitance between the electrode and the counterelectrode is measured by means of a suitable evaluation circuit, then an obstacle located in the path of an actuating element of a motor vehicle can be detected and appropriate countermeasures taken.
  • a pinch sensor of the type mentioned is particularly suitable for
  • Detecting obstacles in closing elements of a motor vehicle such. an electrically operable window, an electrically operated sliding door or an electrically operable tailgate. Also, such a pinch sensor can be used for the detection of obstacles in the case of an electrically actuated seat.
  • a sensor of the type mentioned is known for example from DE 102 20 725 C1.
  • the shielding electrode fulfills the purpose of reducing the influence of the movable actuating element on the capacitive measuring signal.
  • the shielding electrode is electrically insulated and has an existing of an electrically conductive material guide surface. As a result, the electric field generated by the electrode does not penetrate beyond the shield electrode, so that an actuating element moving beyond the screening electrode can not influence the capacity of the arrangement.
  • the anti-pinch sensor must be integrated in a complex manner in the vehicle.
  • an embedding of the shielding electrode in the sealing element sealing the seal is described.
  • the object of the invention is to provide an easy to be integrated in a vehicle pinch sensor, which also has a high detection sensitivity.
  • This object is achieved for a pinch sensor of the type mentioned in the present invention in that the electrode is divided into a plurality of separate electrodes, each having a separate supply line for connection to the measuring potential.
  • the invention initially proceeds in a first step from the consideration that, as a rule, the change in capacitance caused by a foreign body penetrating into the path of an actuating element is small. However, such a change in the capacitance can be detected the better, the smaller the overall capacitance between the electrode and the counter electrode is.
  • the invention recognizes that the capacitance forming between the electrode and the counter-electrode can be reduced by using an electrode which is subdivided into a plurality of individual electrodes. As a result, the capacity formed with the counter electrode is reduced. This is due to the fact that the entire surface of the electrode is divided into several interrupted individual areas of the individual electrodes, which reduces the capacity accordingly.
  • a pinch sensor configured in this way allows the detection of a change in capacitance by means of a multiplex method.
  • the individual electrodes can be controlled by means of the separate supply lines either offset in time (serial) or simultaneously (in parallel).
  • the first serial taxation has the advantage that in this case only a single evaluation circuit for capacity change is necessary. However, the time constant must be observed until all electrodes have been switched through one after the other.
  • the second parallel drive does not have the disadvantageous time delay, it does require a number of evaluation electronics for evaluation, which increases costs.
  • the electrode (17) extends in a longitudinal direction and is divided along the longitudinal direction into the plurality of separate electrodes (35). This makes it possible to guide the pinch sensor along a Einklemm Kunststoffes. In this way, in the case of a serial control of the individual electrodes, detection of parameters of an obstacle located in the path of the actuating element, such as, for example, its size or position, is made possible.
  • the electrode is guided in a flexible carrier.
  • a flexible carrier allows an adaptation of the anti-pinch sensor to the given contours of a motor vehicle.
  • a shielding electrode is provided, and the electrode and the shielding electrode are arranged substantially opposite one another and insulated from one another. If such a shielding electrode is inserted between the electrode and the counterelectrode, then the electric field forming between the electrode and the shielding electrode can be reduced. On the other hand, a high capacitance is created between the shielding electrode and the counterelectrode. In this case, the uncovered edge regions of the electrode and the counterelectrode continue to form a capacitance which, however, is significantly reduced due to the drastically reduced effective area of the electrode by the shielding electrode. In addition, this configuration forms an electric field between the electrode and the counter electrode, which is directed far into the room.
  • the shielding electrode is arranged substantially opposite the electrode in the pinching sensor.
  • the pinch sensor can be easily integrated into a motor vehicle, in It is arranged opposite the body of the motor vehicle such that the shield electrode lies between the electrode and the body.
  • the shielding sensor can be guided along arbitrary contours of the motor vehicle, without this necessitating an adaptation in the embodiment of the pinching sensor itself.
  • the shielding electrode is expediently subdivided into electrically contacted individual electrodes, between which the separate supply lines are arranged in an insulated manner. This reliably prevents between the supply lines and the
  • Counter electrode is formed a capacity. Each supply line is shielded in this way against the counter electrode.
  • a switching means for potential equalization between the electrode and the shield electrode is further provided. This ensures that no electric field between the electrode and the shielding electrode is formed. Accordingly, capacitance formed by the electrode and counter electrode further decreases.
  • an amplifier is expediently provided, which is connected on the output side to the shielding electrode for supply with a signal derived from the signal line. This achieves in a simple manner that the shielding electrode is always at the same potential as the electrode. A change in capacitance due to potential fluctuations between the electrode and the shielding electrode is thereby reliably avoided. It is particularly advantageous here to control the shielding electrode low resistance.
  • a ribbon cable or a round cable is used as the carrier for the electrode and the shielding electrode.
  • Such cables in particular multicore executed, are inexpensive and qugestaltig available.
  • the lines present in such cables are used both as signal lines and as electrodes and counterelectrodes.
  • a flexible printed circuit board is used as the carrier of the electrode and the shielding electrode.
  • the electrode and the shielding electrode as well as the supply lines or signal lines required for this purpose are each embodied as strip conductors in a multi-layer printed circuit board.
  • the printed circuit board material itself is a flexible plastic.
  • the flexible printed circuit board can be formed relatively flat, whereby it can be easily guided along contours of a motor vehicle.
  • the anti-pinch sensor can be used in a simple manner for detecting an obstacle in the path of an actuating element of a motor vehicle, when the earthed body of the motor vehicle serves as a counter electrode.
  • the described pinch sensor is guided along contours of the motor vehicle such that the shielding electrode comes to rest between the body and the electrode.
  • the evaluation circuit detects the capacitance formed between the electrode and the grounded body.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a motor vehicle
  • Fig. 3 in a plan view of the pinch sensor of FIG. 2 and
  • Fig. 4 in a cross section realized by a round cable pinch sensor.
  • Fig. 1 shows schematically a side view of a motor vehicle 1, of which the hood 2, the roof 3 and the windshield 4 are visible. Further, a front door 5 and a rear door 6 are shown.
  • the front door 5 has an electrically driven disk 9 as an adjusting element 7.
  • a pinching sensor 10 is provided along the front and upper inner contour of the door 5, which is designed as a ribbon cable 11.
  • the flat cable 11 are - not shown here - several separate electrodes having separate leads for driving.
  • a shielding electrode is further arranged in the flat cable 11.
  • the body of the motor vehicle 1 serves as a counter electrode.
  • FIG. 2 is shown in FIG. 2, which is configured by a flexible printed circuit board 14 having a plurality of layers.
  • the lower layer of the flexible printed circuit board 14 is formed by a shielding electrode 16 designed as a planar printed conductor. Your opposite is in the uppermost layer of the circuit board 14 as an electrode 17 further arranged a flat conductor track. This is - not visible here - divided several times in the longitudinal direction of the printed circuit board 14. Below the electrode 17 is again as a planar
  • Conductor serving a shield serving individual electrode 18 which is electrically conductively connected to the shield electrode 16.
  • more shielding individual electrodes 20 and electrical leads 23 are now alternately arranged, which serve to contact the individual electrodes formed by dividing the electrode 17. This is clearly visible in the illustrated section, wherein the centrally arranged electrical supply line 23 via the via 21 with the electrode 17 arranged above it electrically is contacted.
  • the individual electrode 18 has a breakthrough at the corresponding point. All printed conductors shown are each isolated from each other by the insulating material 24 of the printed circuit board 14.
  • the pinching sensor 13 is placed on a grounded counter electrode 25, which may be formed, for example, by the body of a motor vehicle.
  • the electrode 17 is acted upon by an alternating voltage by means of the signal line 26, the corresponding supply line 23 and the via 21.
  • the alternating voltage is generated here by a signal generator 28 with respect to the ground potential.
  • the individual electrodes 18, 20 serving for the shielding and the shielding electrode 16 are subjected to an alternating voltage, which is derived from the alternating voltage fed to the electrode 17.
  • a switching means 32 designed as an operational amplifier is inserted between the signal line 26 and the connecting line 30. In this way, it is ensured that the shielding electrodes 18 and 20 and the shielding electrode 16 are at the same potential without delay as the electrode 17.
  • an evaluation circuit 34 is arranged between the signal line 26 and the ground potential. This evaluation circuit 34 detects the ratio of capacitance change .DELTA.C to the capacitance C. Since the capacity C is low, a small capacitance change .DELTA.C can be detected. To detect the capacitance, either a measuring bridge can be used or the charging constant can be observed. Also prefabricated commercially available electronic modules can be used for this purpose.
  • FIG. 3 shows the anti-pinch sensor 13 shown in cross-section in FIG. 2 in a plan view. It can be seen here the flexible printed circuit board 14, which can be easily guided along a contour of a motor vehicle. To clarify the structure, the insulation material is removed or not shown on the upper side of the pinching sensor 13. For this reason, the individual electrodes 35 interrupted in the longitudinal direction of the flexible circuit board 14 are clearly visible. Each of these individual electrodes 35 has a through-connection 21, which is connected to a separate supply line. In this way, a multiplex method can be used to evaluate the pinching sensor 13. With the signal generator 28 shown in FIG. 2 and the evaluation circuit 34 are successively staggered, the individual
  • Electrodes 35 individually controlled and detected the capacity thus formed. Due to the reduced area of the individual electrodes 35 with respect to a continuous conductor track, the capacitance between the electrodes 35 and the counter electrode 25 is further reduced. This allows a further increase in detection sensitivity.
  • a pinch sensor 36 is shown in a further alternative, which is configured in the form of a round cable 38.
  • an electrode 17 and a shielding electrode 16 are arranged in the form of a half shell.
  • the round cable 38 is arranged opposite a counter electrode 25 such that the
  • Shielding electrode 16 between the electrode 17 and the counter electrode 25 is located.
  • the electrode 17 is divided into a plurality of individual electrodes.
  • a plurality of respectively insulated electrical supply lines 23 are present in the interior of the round cable 38. These leads 23 are each formed as insulated copper cable. Around the leads 23 around more insulated copper wires are used as the shield serving individual electrodes by means of an electrical connection 39 with the shield electrode 16 are connected. As shown, the individual electrodes are contacted via a plated-through hole 21 in each case with the corresponding electrical supply line 23.
  • the mode of operation and the possibilities for detecting a capacitance change of the shielding sensor 36 caused by an obstacle are identical to the shielding sensor 13 shown in FIGS. 2 and 3.

Abstract

Es wird ein Einklemmsensor (10, 13, 36) insbesondere zum Erkennen eines Hindernisses im Weg eines Stellelements (7) eines Kraftfahrzeugs (1), mit einer über eine Signalleitung (26) auf eine Messpotenzial legbaren, gegenüber einer Gegenelektrode (25) positionierbaren Elektrode (17) und mit einer Auswerteschaltung (34) zur Detektion der Kapazität zwischen Elektrode (17) und Gegenelektrode (25) angegeben. Dabei ist die Elektrode (17) in mehrere Elektroden (35) unterteilt, die jeweils über eine separate Zuleitung (23) zum Anschluss an das Messpotenzial verfügen. Ein solcher Einklemmsensor (10, 13, 36) weist eine hohe Detektionsempfindlichkeit auf.

Description

Beschreibung
Einklemmsensor
Die Erfindung betrifft einen Einklemmsensor, insbesondere zum Erkennen eines Hindernisses im Weg eines Stellelements eines Kraftfahrzeugs, mit einer über eine Signalleitung auf ein Messpotenzial legbaren, gegenüber einer Gegenelektrode positionierbaren Elektrode und mit einer Auswerteschaltung zur Detektion der Kapazität zwischen Elektrode und Gegenelektrode.
Bei einem derartigen Sensor wird zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ein elektrisches Feld erzeugt. Tritt in dieses Feld ein Dielektrikum oder allgemein ein Gegenstand mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten εrvon größer als 1 ein, so ändert sich hierdurch die von Elektrode und Gegenelektrode gebildete Kapazität. Wird daher mittels einer geeigneten Auswerteschaltung die Kapazität zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode gemessen, so kann hierdurch ein sich im Weg eines Stellelements eines Kraftfahrzeugs befindliches Hindernis erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
Ein Einklemmsensor der eingangs genannten Art eignet sich insbesondere zum
Erkennen von Hindernissen bei Schließelementen eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. eines elektrisch betätigbaren Fensters, einer elektrisch betätigbaren Schiebetür oder einer elektrisch betätigbaren Heckklappe. Auch kann ein solcher Einklemmsensor zur Detektion von Hindernissen im Falle eines elektrisch betätigbaren Sitzes eingesetzt werden.
Ein Sensor der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 102 20 725 C1 bekannt. Dort befindet sich zwischen der das elektrische Feld erzeugenden Elektrode und dem Stellmittel eine Abschirmelektrode. Die Abschirmelektrode erfüllt hierbei den Zweck, den Einfluss des bewegbaren Stellelements auf das kapazitive Messsignal zu verringern. Die Abschirmelektrode ist elektrisch isoliert und weist eine aus einem elektrisch leitenden Werkstoff bestehende Leitfläche auf. Hierdurch dringt das von der Elektrode erzeugte elektrische Feld nicht über die Abschirmelektrode hinaus, so dass ein sich jenseits der Abschirmelektrode bewegendes Stellelement die Kapazität der Anordnung nicht beeinflussen kann.
Nachteiligerweise muss der Einklemmsensor in aufwändiger Weise in das Fahrzeug integriert werden. Insbesondere ist eine Einbettung der Abschirmelektrode in die das Stellelement abdichtende Dichtung beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach in ein Fahrzeug zu integrierenden Einklemmsensor anzugeben, der zudem eine hohe Detektionsempfindlichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird für einen Einklemmsensor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektrode in mehrere getrennte Elektroden unterteilt ist, die jeweils über eine separate Zuleitung zum Anschluss an das Messpotenzial verfügen.
Die Erfindung geht zunächst in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass in der Regel die durch einen in den Weg eines Stellelements eindringenden Fremdkörper verursachte Kapazitätsänderung klein ist. Eine solche Änderung der Kapazität kann jedoch um so besser detektiert werden, je kleiner die sich insgesamt zwischen Elektrode und Gegenelektrode ausbildende Kapazität ist.
In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass sich die zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ausbildende Kapazität dadurch verringern lässt, dass eine Elektrode eingesetzt wird, die in mehrere Einzelelektroden unterteilt ist. Hierdurch wird die mit der Gegenelektrode gebildete Kapazität verringert. Dies liegt darin begründet, dass die gesamte Fläche der Elektrode in mehrere unterbrochene Einzelflächen der Einzelelektroden aufgeteilt ist, was die Kapazität entsprechend verkleinert.
Ein derart ausgestalteter Einklemmsensor erlaubt die Detektion einer Kapazitäts- änderung mittels eines Multiplex-Verfahrens. Dabei können die einzelnen Elektroden mittels der separaten Zuleitungen entweder zeitlich versetzt (seriell) oder gleichzeitig (parallel) angesteuert werden. Die erste serielle Besteuerung bietet den Vorteil, dass hierbei nur eine einzige Auswerteschaltung zur Kapazitätsänderung notwendig wird. Allerdings ist hierbei die Zeitkonstante zu beachten, bis alle Elektroden nacheinander durchgeschaltet worden sind. Die zweite parallele Ansteuerung weist zwar die nachteilige Zeitverzögerung nicht auf, erfordert jedoch zur Auswertung mehrere Auswerteelektroniken, wodurch die Kosten erhöht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Elektrode (17) in einer Längsrichtung und ist entlang der Längsrichtung in die mehreren getrennten Elektroden (35) unterteilt. Hierdurch wird es möglich, den Einklemmsensor entlang eines Einklemmbereiches zu führen. Auch ist auf diese Weise bei einer seriellen Ansteuerung der Einzelelektroden eine Erfassung von Parametern eines sich im Weg des Stellelements befindlichen Hindernisses, wie beispielsweise dessen Größe oder Lage, ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird die Elekrode in einem flexiblen Träger geführt. Ein derartiger Träger erlaubt eine Anpassung des Einklemmsensors an die gegebenen Konturen eines Kraftfahrzeugs.
Weiter von Vorteil ist es, wenn zusätzlich eine Abschirmelektrode vorgesehen ist, und die Elektrode und die Abschirmelektrode im Wesentlichen gegenüber angeordnet und voneinander isoliert sind. Wird eine solche Abschirmelektrode zwischen Elektrode und Gegenelektrode eingeführt, so kann das sich zwischen Elekrode und Abschirmelektrode ausbildende elektrische Feld verringert werden. Auf der anderen Seite entsteht eine hohe Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und der Gegenelektrode. Dabei bilden die nicht abgedeckten Randbereiche der Elektrode und die Gegenelektrode weiter eine Kapazität, die jedoch aufgrund der durch die Abschirmelektrode drastisch reduzierten wirksamen Fläche der Elektrode deutlich verkleinert ist. Zusätzlich bildet sich durch diese Ausgestaltung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ein elektrisches Feld aus, das weit in den Raum hinein gerichtet ist.
Zum Ausbilden des beschriebenen Effektes ist in dem Einklemmsensor die Abschirmelektrode im Wesentlichen gegenüber der Elektrode angeordnet. Auf diese Art und Weise lässt sich der Einklemmsensor leicht an einem Kraftfahrzeug integrieren, in - A - dem er so gegenüber der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet wird, dass zwischen der Elektrode und der Karosserie die Abschirmelektrode liegt.
Durch die gemeinsame Führung in einem flexiblen Träger kann der Abschirmsensor an beliebigen Konturen des Kraftfahrzeugs entlang geführt werden, ohne dass hierfür eine Anpassung in der Ausgestaltung des Einklemmsensors selbst erforderlich wäre.
Zweckmäßigerweise ist die Abschirmelektrode in elektrisch kontaktierte Einzelelektroden unterteilt, zwischen denen isoliert die separaten Zuleitungen angeordnet sind. Hierdurch wird sicher vermieden, dass zwischen den Zuleitungen und der
Gegenelektrode eine Kapazität ausgebildet wird. Jede Zuleitung wird auf diese Weise gegenüber der Gegenelektrode abgeschirmt.
Vorteilhafterweise ist weiter ein Schaltmittel zur Potenzialangleichung zwischen der Elektrode und der Abschirmelektrode vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass sich kein elektrisches Feld zwischen Elektrode und Abschirmelektrode ausbildet. Entsprechend verringert sich durch die Elektrode und Gegenelektrode gebildete Kapazität weiter.
Zur Potenzialangleichung ist zweckmäßiger Weise ein Verstärker vorgesehen, der ausgangsseitig mit der Abschirmelektrode zur Versorgung mit einem aus der Signalleitung abgeleiteten Signal verbunden ist. Hierdurch wird in einfacher Art und Weise erzielt, dass sich die Abschirmelektrode stets auf demselben Potenzial befindet wie die Elektrode. Eine Änderung der Kapazität aufgrund Potenzialschwankungen zwischen Elektrode und der Abschirmelektrode wird hierdurch sicher vermieden. Besonders günstig ist es hierbei, die Abschirmelektrode niederohmig anzusteuern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als Träger für die Elektrode und die Abschirmelektrode ein Flachband- oder ein Rundkabel verwendet. Derartige Kabel, insbesondere mehradrig ausgeführt, sind kostengünstig und vielgestaltig verfügbar. Zur Ausbildung des Einklemmsensors werden hierbei die in solchen Kabeln vorhandenen Leitungen sowohl als Signalleitungen als auch als Elektroden und Gegenelektroden eingesetzt. In einer weiteren vorteilhaften Alternative wird als Träger der Elektrode und der Abschirmelektrode eine flexible Leiterkarte verwendet. Dabei werden die Elektrode und die Abschirmelektrode sowie die hierfür erforderlichen Zuleitungen bzw. Signalleitungen jeweils als Leiterbahnen in einer, mehrere Schichten aufweisenden Leiterkarte ausgeführt. Das Leiterkartenmaterial selbst ist hierbei ein flexibler Kunststoff. Eine solche Ausgestaltung bietet den großen Vorteil einer relativ freien Gestaltungsmöglichkeit der Form von Elektrode und Abschirmelektrode. Auch kann die flexible Leiterkarte relativ flach ausgebildet werden, wodurch sie sich leicht entlang von Konturen eines Kraftfahrzeugs führen lässt.
Der Einklemmsensor kann in einfacher Art und Weise zum Erkennen eines Hindernisses im Weg eines Stellelements eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, wenn als Gegenelektrode die geerdete Karosserie des Kraftfahrzeugs dient. Hierzu wird der beschriebene Einklemmsensor derart entlang von Konturen des Kraftfahrzeugs geführt, dass die Abschirmelektrode zwischen der Karosserie und der Elektrode zum Liegen kommt. Die Auswerteschaltung detektiert hierbei die sich zwischen der Elektrode und der geerdeten Karosserie gebildete Kapazität.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 in einem Querschnitt einen durch eine flexible Leiterkarte realisierten Einklemmsensor,
Fig. 3 in einer Aufsicht den Einklemmsensor gemäß Fig. 2 und
Fig. 4 in einem Querschnitt einen durch ein Rundkabel realisierten Einklemmsensor.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 1 , von dem die Motorhaube 2, das Dach 3 sowie die Windschutzscheibe 4 sichtbar sind. Weiter sind eine vordere Tür 5 und eine hintere Tür 6 dargestellt. Die vordere Tür 5 weist als Stellelement 7 eine elektrisch angetriebene Scheibe 9 auf. Beim Schließen der Scheibe 9 muss sichergestellt werden, dass sich in der Bewegungssphäre der Scheibe 9 kein Hindernis befindet. Zu diesem Zweck ist entlang der vorderen und oberen Innenkontur der Tür 5 ein Einklemmsensor 10 angebracht, der als Flachbandkabel 11 ausgebildet ist. In dem Flachbandkabel 11 befinden sich - hier nicht dargestellt - mehrere voneinander getrennte Elektroden, die zur Ansteuerung separate Zuleitungen aufweisen. Zwischen den einzelnen Elektroden und der Innenkontur der vorderen Tür 5 ist in dem Flachbandkabel 11 weiter eine Abschirmelektrode angeordnet. Als Gegenelektrode dient die Karosserie des Kraftfahrzeugs 1.
Befindet sich in der Bewegungssphäre der Scheibe 9 ein Hindernis, welches eine relative Dielektrizitätskonstante von >1 aufweist, so resultiert hieraus eine Änderung der zwischen den in dem Flachbandkabel 11 angeordneten Elektroden und der Karosserie gebildeten Kapazität. Wird eine derartige Kapazitätsänderung detektiert, so wird mittels eines Steuersignals der elektrische Antrieb angehalten oder reversierend angetrieben, d.h. in Gegenrichtung bestromt.
Zur Beschreibung der Funktionsweise ist in Fig. 2 ein weiterer Einklemmsensor 13 dargestellt, der durch eine mehrere Lagen aufweisende flexible Leiterkarte 14 ausgestaltet ist. Die untere Lage der flexiblen Leiterkarte 14 wird dabei durch eine als flächige Leiterbahn ausgebildete Abschirmelektrode 16 gebildet. Ihr gegenüber ist in der obersten Lage der Leiterkarte 14 als Elektrode 17 weiter eine flächige Leiterbahn angeordnet. Diese ist - hier nicht sichtbar - in Längsrichtung der Leiterkarte 14 mehrfach unterteilt. Unterhalb der Elektrode 17 ist wiederum als eine flächige
Leiterbahn eine der Abschirmung dienende Einzelelektrode 18 ausgebildet, die mit der Abschirmelektrode 16 elektrisch leitend verbunden ist. In der Lage zwischen der Einzelelektrode 18 und der Abschirmelektrode 16 sind nun abwechselnd jeweils weitere der Abschirmung dienende Einzelelektroden 20 sowie elektrische Zuleitungen 23 angeordnet, die zur Kontaktierung der durch Unterteilung der Elektrode 17 entstehenden Einzelelektroden dienen. Dies ist in dem dargestellten Schnitt deutlich erkennbar, wobei die mittig angeordnete elektrische Zuleitung 23 über die Durchkontaktierung 21 mit der darüber angeordneten Elektrode 17 elektrisch kontaktiert ist. Zur Durchkontaktierung weist dabei die Einzelelektrode 18 an entsprechender Stelle einen Durchbruch auf. Alle dargestellten Leiterbahnen sind jeweils voneinander durch das Isolationsmaterial 24 der Leiterkarte 14 isoliert.
Zur Detektion eines Hindernisses im Weg eines Stellelements ist der Einklemmsensor 13 einer geerdeten Gegenelektrode 25 aufgesetzt, die beispielsweise durch die Karosserie eines Kraftfahrzeugs gebildet sein kann. Zum Messen einer durch ein Hindernis hervorgerufenen Kapazitätsänderung wird die Elektrode 17 mittels der Signalleitung 26, der entsprechenden Zuleitung 23 sowie der Durchkontaktierung 21 mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Die Wechselspannung wird hierbei durch einen Signalgenerator 28 gegenüber dem Erdpotenzial erzeugt. Weiter werden mittels der Verbindungsleitung 30 die der Abschirmung dienenden Einzelelektroden 18,20 sowie die Abschirmelektrode 16 mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die aus der der Elektrode 17 zugeleiteten Wechselspannung abgeleitet ist. Hierfür ist zwischen der Signalleitung 26 und der Verbindungsleitung 30 ein als Operationsverstärker ausgebildetes Schaltmittel 32 eingesetzt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die der Abschirmung dienenden Elektroden 18 und 20 sowie die Abschirmelektrode 16 sich ohne zeitliche Verzögerung auf demselben Potenzial befinden wie die Elektrode 17.
Infolge der sich auf gleichem Potenzial befindlichen Einzelelektroden 18 und 20 sowie der Abschirmelektrode 16 bildet sich zwischen der Elektrode 17 und der Gegenelektrode 25 keine direkte Kapazität. Diese wird direkt von der Abschirmelektrode 16 und der Gegenelektrode 25 gebildet. Stattdessen entsteht zwischen den Kanten der Elektrode 17 und der Gegenelektrode 25 ein weit in den Raum hinausragendes elektrisches Feld, wodurch ein großer Raum zur Detektion von
Hindernissen verfügbar wird. Dabei ist die durch die Kanten der Elektrode 17 und der Gegenelektrode 25 gebildete Kapazität infolge des Abschirmeffektes durch die Einzelelektroden 18 und 20 sowie die Abschirmelektrode 16 deutlich gegenüber einer direkten Kapazität verringert.
Zur Messung der Kapazitätsänderung ist zwischen der Signalleitung 26 und dem Erdpotenzial eine Auswerteschaltung 34 angeordnet. Diese Auswerteschaltung 34 detektiert das Verhältnis aus Kapazitätsänderung ΔC zur Kapazität C. Da die Kapazität C gering ist, kann eine kleine Kapazitätsänderung ΔC detektiert werden. Zur Detektion der Kapazität kann entweder eine Messbrücke verwendet oder die Ladekonstante beobachtet werden. Auch sind hierfür bereits vorgefertigte käuflich erwerbbare Elektronikbausteine einsetzbar.
In Fig. 3 ist der in Fig. 2 im Querschnitt gezeigte Einklemmsensor 13 in einer Aufsicht dargestellt. Man erkennt hierbei die flexible Leiterkarte 14, die sich leicht entlang einer Kontur eines Kraftfahrzeugs führen lässt. Zur Verdeutlichung des Aufbaus ist auf der Oberseite des Einklemmsensors 13 das Isolationsmaterial entfernt bzw. nicht eingezeichnet. Aus diesem Grund sind die in Längsrichtung der flexiblen Leiterkarte 14 unterbrochenen Einzelelektroden 35 deutlich sichtbar. Jede dieser Einzelelektroden 35 weist eine Durchkontaktierung 21 auf, die mit einer separaten Zuleitung verbunden ist. Auf diese Weise ist zur Auswertung des Einklemmsensors 13 ein Multiplex- Verfahren anwendbar. Mit dem in Fig. 2 dargestellten Signalgenerator 28 und der Auswerteschaltung 34 werden zeitlich versetzt nacheinander die einzelnen
Elektroden 35 einzeln angesteuert und die hierdurch gebildete Kapazität erfasst. Aufgrund der verringerten Fläche der Einzelelektroden 35 gegenüber einer durchgängig verlaufenden Leiterbahn ist die Kapazität zwischen den Elektroden 35 und der Gegenelektrode 25 weiter verringert. Dies erlaubt eine weitere Erhöhung der Detektionsempfindlichkeit.
In Fig. 4 ist in einer weiteren Alternative ein Einklemmsensor 36 dargestellt, der in Form eines Rundkabels 38 ausgestaltet ist. In dem Rundkabel sind halbschalenförmig eine Elektrode 17 sowie eine Abschirmelektrode 16 angeordnet. Dabei ist das Rundkabel 38 gegenüber einer Gegenelektrode 25 derart angeordnet, dass sich die
Abschirmelektrode 16 zwischen der Elektrode 17 und der Gegenelektrode 25 befindet.
Wiederum ist in Längsrichtung des Rundkabels 38 die Elektrode 17 in mehrere Einzelelektroden unterteilt. Zur Ansteuerung der Einzelelektroden sind im Inneren des Rundkabels 38 mehrere jeweils isolierte elektrische Zuleitungen 23 vorhanden. Diese Zuleitungen 23 sind dabei jeweils als isolierte Kupferkabel ausgebildet. Um die Zuleitungen 23 herum sind weitere isolierte Kupferleitungen als der Abschirmung dienende Einzelelektroden verwendet, die mittels einer elektrischen Verbindung 39 mit der Abschirmelektrode 16 verbunden sind. Wie dargestellt sind die Einzelelektroden über eine Durchkontaktierung 21 jeweils mit der entsprechenden elektrischen Zuleitung 23 kontaktiert.
Die Funktionsweise und die Möglichkeiten zur Detektion einer durch ein Hindernis verursachten Kapazitätsänderung des Abschirmsensors 36 sind identisch mit dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Abschirmsensor 13.
Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug
Motorhaube
Dach
Windschutzscheibe
Tür, vorne
Tür, hinten
Stellelement
Scheibe
Einklemmsensor
Flachbandkabel
Einklemmsensor
Leiterkarte
Abschirmelektrode
Elektrode
Einzelelektrode
Einzelelektroden
Durchkontaktierung
Zuleitungen
Isolationsmaterial
Gegenelektrode
Signalleitung
Signalgenerator
Verbindungsleitung
Schaltmittel
Auswerteschaltung getrennte Elektroden
Einklemmsensor
Rundkabel
Verbindung

Claims

Ansprüche
1. Einklemmsensor (10, 13, 36), insbesondere zum Erkennen eines Hindernisses im Weg eines Stellelements (7) eines Kraftfahrzeugs (1 ), mit einer über eine Signalleitung (26) auf ein Messpotenzial legbaren, gegenüber einer
Gegenelektrode (25) positionierbaren Elektrode (17) und mit einer Auswerteschaltung (34) zur Detektion der Kapazität zwischen Elektrode (17) und Gegenelektrode (25), wobei die Elektrode (17) in mehrere getrennte Elektroden (35) unterteilt ist, die jeweils über eine separate Zuleitung (23) zum Anschluss an das Messpotenzial verfügen.
2. Einklemmsensor (10, 13, 36) nach Anspruch 1 , wobei sich die Elektrode (17) in einer Längsrichtung erstreckt und entlang der Längsrichtung in die mehreren getrennten Elektroden (35) unterteilt ist.
3. Einklemmsensor (10, 13, 36) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrode (17) in einem flexiblen Träger geführt ist.
4. Einklemmsensor (10, 13, 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich eine Abschirmelektrode (16) vorgesehen ist, und wobei die
Elektrode (17) und die Abschirmelektrode (16) im Wesentlichen gegenüber angeordnet und voneinander isoliert sind.
5. Einklemmsensor nach Anspruch 4, wobei die Elektrode (17) und die Abschirmelektrode (16) in einem flexiblen
Träger geführt sind.
6. Einklemmsensor nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Abschirmelektrode (16) in elektrisch kontaktierte Einzelelektro- den (18,20) unterteilt ist, zwischen denen isoliert die separaten Zuleitungen (23) angeordnet sind.
7. Einklemmsensor (10, 13, 36) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei Schaltmittel (32) zur Potenzialangleichung zwischen der Elektrode (17) und der Abschirmelektrode (16) vorgesehen sind.
8. Einklemmsensor (10, 13, 36) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei zur Potenzialangleichung ein Verstärker vorgesehen ist, der aus- gangsseitig mit der Abschirmelektrode (16) zur Versorgung mit einem aus der Signalleitung (26) abgeleiteten Signal verbunden ist.
9. Einklemmsensor (10, 13, 36) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei als Träger ein Flachband- (11 ) oder ein Rundkabel (38) verwendet ist.
10. Einklemmsensor (10, 13, 36) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei als Träger eine flexible Leiterkarte (14) verwendet ist.
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