EP4659358A1 - Sensorvorrichtung für eine funktionsvorrichtung eines fahrzeuges - Google Patents

Sensorvorrichtung für eine funktionsvorrichtung eines fahrzeuges

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Publication number
EP4659358A1
EP4659358A1 EP23833346.2A EP23833346A EP4659358A1 EP 4659358 A1 EP4659358 A1 EP 4659358A1 EP 23833346 A EP23833346 A EP 23833346A EP 4659358 A1 EP4659358 A1 EP 4659358A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
sensor element
designed
control unit
functional device
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.)
Pending
Application number
EP23833346.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Bextermöller
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.)
Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Original Assignee
Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH 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 Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG filed Critical Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Publication of EP4659358A1 publication Critical patent/EP4659358A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
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    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K2017/9602—Touch switches characterised by the type or shape of the sensing electrodes
    • H03K2017/9604—Touch switches characterised by the type or shape of the sensing electrodes characterised by the number of electrodes
    • H03K2017/9615—Touch switches characterised by the type or shape of the sensing electrodes characterised by the number of electrodes using three electrodes per touch switch
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    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/960765—Details of shielding arrangements

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for a functional device of a vehicle.
  • the invention further relates to a corresponding functional device for a vehicle with a corresponding sensor device.
  • Sensor devices for functional devices in vehicles are generally known.
  • Known sensor devices are used to operate moving parts in vehicles, such as a door or a tailgate.
  • Known sensor devices usually have sensors that can exchange information with the environment in order to detect a user approaching and/or touching the functional device.
  • Capacitive sensors are often used as sensors. However, the operation of such sensors does not always prove to be reliable, since the capacitive field can easily be distorted by environmental influences, in particular by moisture.
  • the object of the invention is therefore to at least partially overcome the disadvantages described above.
  • the object of the invention is to provide an improved sensor device for a functional device of a vehicle.
  • the object of the invention is to provide a sensor device for a functional device of a vehicle that is safe and reliable in operation and that has an expanded functionality, preferably with regard to improved sensor functions and/or detection of moisture, such as in the case of rain.
  • the object of the present invention is to provide a corresponding functional device for a vehicle with a corresponding sensor device.
  • the above object is achieved by: a sensor device for a functional device of a vehicle with the features of the independent device claim and a corresponding functional device for a vehicle with a corresponding sensor device with the features of the independent device claim.
  • the invention provides: a sensor device for a functional device, in particular in the form of an access device, preferably a door handle, of a vehicle, comprising: at least one sensor element, preferably in the form of a, preferably capacitive, sensor electrode, for detecting an actuation action, in particular in the form of an approach and/or a touch, of a user on the functional device and/or for detecting an exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular to water droplets, and a control unit for controlling (e.g. charging and discharging) and/or for reading the sensor element (e.g. by analog and/or digital processing of sensor signals and/or evaluating the results of the processing),
  • a sensor device for a functional device in particular in the form of an access device, preferably a door handle, of a vehicle, comprising: at least one sensor element, preferably in the form of a, preferably capacitive, sensor electrode, for detecting an actuation action, in particular in the form of an approach and/or
  • the sensor device can comprise; a shielding element for aligning a detection area of the sensor element, wherein the control unit can be designed to control and/or read the shielding element, wherein preferably the shielding element has and/or forms at least one, in particular flat, shielding electrode, and/or an edge element for adapting environmental influences (in particular moisture) to the sensor element, wherein the control unit can be designed to control and/or read the edge element, wherein in particular the edge element is designed separately from the shielding element and/or is arranged at a distance from the shielding element, wherein preferably the edge element has and/or forms at least one, in particular capacitive, preferably flat, electrode.
  • the functional device can be designed in the form of an access device, preferably a door handle of the vehicle, which can be designed to be extendable or fixed, for example, in order to operate a movable part of the vehicle.
  • the operation can include locking, unlocking, opening and/or closing.
  • the functional device can be designed in the form of a module or chip, which can be arranged at different positions on or in the vehicle in order to actuate a movable part of the vehicle.
  • the actuation can include locking, unlocking, opening and/or closing.
  • the functional device can be arranged in the form of a module or chip on or next to the movable part of the vehicle to be actuated.
  • a door, a tailgate, a fuel filler flap, a loading flap, a folding mirror, a sunroof, a window pane, or similar can be conceivable as a movable part.
  • the functional device can be arranged in the form of a module or chip on the door itself or on the B-pillar of the vehicle.
  • the sensor device can preferably be designed for convenient operation of a movable part of the vehicle.
  • the operation can preferably require a specific operation sequence.
  • the sensor element can detect the user approaching the functional device.
  • the user can be authenticated, for example after detecting the user approaching the detection area of the sensor element.
  • the authentication can be used to check whether the user is authorized to operate the movable part and/or to gain access to the vehicle and/or to a functional area of the vehicle.
  • a touch of the user on an outer surface of the functional device can be detected by the sensor element.
  • the sensor device can have one or more sensor elements. Different sensor elements can be designed for different actuation functions, such as locking or unlocking, opening or closing the movable part of the vehicle. Different actuation functions can provide different actuation sequences. Different sensor elements can preferably have different detection ranges.
  • sensor elements can have a (common) shielding element and/or a (common) edge element.
  • a first sensor element can, for example, have a detection area that is directed outwards away from the vehicle in order to detect a user approaching the detection area and then touching an outer surface of the functional device.
  • the first sensor element can, for example, be used to unlock and, if necessary, directly open the movable part.
  • a second sensor element can, for example, have a detection area that is directed inwards towards the vehicle, in particular into a handle recess, in order to detect a user reaching behind the door handle.
  • the second sensor element can, for example, be used to lock the movable part.
  • a shielding element can be provided for both sensor elements and separate the detection area of the first sensor element from the detection area of the second sensor element or align it on the one hand outwards away from the vehicle and on the other hand inwards towards the vehicle, in particular into a handle recess.
  • an edge element can be provided for both sensor elements in order to reduce the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element according to the desired function (reduction of the moisture influence for the purpose of cleaning the sensor signal and/or amplification of the moisture influence for moisture or rain detection), preferably with the help of the control unit, which preferably applies field control to the edge element.
  • the invention recognizes that sensor devices, in particular capacitive sensor devices, react sensitively to environmental influences, in particular humidity. High humidity in the ambient air can trigger an undesired detection at the sensor element. Humidity fluctuations can also impair the sensor functions.
  • the invention recognizes that the sensor device reacts differently to moisture, such as a drop of water on an outer surface of the functional device, which is usually poorly conductive, and to a human body, such as a human finger, which touches the outer surface of the functional device and which is usually highly conductive.
  • the invention uses this difference in the reaction of the sensor device to enable different functions in the sensor device.
  • the following functions are conceivable: a function to detect water, e.g. in the form of rain, on an outer surface of the functional device (or rain detection), another function to clear the detection of an actuation, in particular a touch, of the user on an outer surface of the functional device from moisture influences, and/or to (at least) increase the difference between the detection of an actuation, in particular a touch, of the user and the detection of moisture exposure on an outer surface of the functional device.
  • a second difference between a raindrop and a human body is the resistance of the material.
  • the conductivity of the human body is greater than 50,000 pS/cm, while the conductivity of clear water is only 0.05 pS/cm.
  • the resulting resistance of a human body is significantly different than the resistance of any type of water.
  • the idea is to use a single voltage pulse or a sequence of voltage pulses of any frequency to measure the capacitance in such a way that it is less sensitive to rain or intentionally extremely sensitive to rain.
  • the charge on the capacitive sensor electrode can be positive or negative.
  • Several voltage pulses or just one voltage pulse may be required to enable rain suppression and/or rain detection.
  • the pulses can have a single frequency or a mixture of frequencies.
  • a combination of voltage pulse sequences and frequencies is also conceivable.
  • a certain voltage is applied to the sensor element in several voltage pulses or just one voltage pulse.
  • the charge of the charged sensor element is transferred to a comparison electrode, which can be measured.
  • the water does not significantly affect the detection of a user's action, especially a touch.
  • a raindrop can cause an unwanted charge to flow to the sensor electrode. This allows the sensor element to also detect something, but at a much slower rate than detecting a touch by the user.
  • the sensor signal therefore differs when detecting the user and when detecting water.
  • the invention uses these differences to detect or eliminate rain influences on the sensor device.
  • the advantage is that it is not necessary to work with different frequencies. The frequencies used only need to be selected depending on the needs of the capacitive system.
  • the edge element can generally be used to prevent unwanted charge from flowing to the sensor electrode via a raindrop (reduction of the moisture influence in order to clean up the sensor signal).
  • the edge element can be subjected to the same or a similar potential as the sensor electrode in order to prevent charge from flowing to the sensor electrode via the water droplet.
  • the influence of moisture can be reduced and the difference between user detection and water detection can be increased by targeted control, e.g. synchronous and/or concurrent control, of the edge element (cleaning of the sensor signal and/or improved differentiation between rain detection and user detection).
  • targeted control e.g. synchronous and/or concurrent control, of the edge element (cleaning of the sensor signal and/or improved differentiation between rain detection and user detection).
  • the moisture influence can be increased by targeted control, e.g. asynchronous and/or counter-rotating control, of the edge element in such a way that moisture or rain detection is possible (increasing the moisture influence for the purpose of moisture or rain detection).
  • targeted control e.g. asynchronous and/or counter-rotating control
  • an improved sensor device for a functional device of a vehicle which is safe and reliable in operation and which has an extended functionality, preferably with regard to improved sensor functions and/or detection of moisture, such as in the case of rain.
  • an improved functional device for a vehicle can also be provided.
  • the sensor element has and/or forms at least one, in particular capacitive, sensor electrode (preferably made of metal).
  • the sensor element can be used for a capacitive measurement.
  • the sensor element With the help of such a sensor element, not only can the approach of the user into the Detection area, but also a user's touch on an external surface of the functional device can be detected.
  • the detection area of the sensor element is essentially horizontal when installed on the vehicle. In this way, the approach of the user to the vehicle can be detected over relatively large ranges. An authentication query can then be started in an advantageous manner, preferably before the user reaches the vehicle and touches the functional device, which can also be detected using the sensor element with the horizontal detection area.
  • the detection area of the sensor element is designed to be essentially vertical when installed on the vehicle. In this way, further actuation functions can be provided by the sensor device, such as locking a movable part of the vehicle.
  • the sensor element can be designed to detect a user approaching the detection area.
  • the sensor element can be designed to detect a user touching an outer surface of the functional device. In this way, certain processes for activating the functional device can be provided.
  • the sensor element can be designed to detect exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets.
  • the shielding element has and/or forms at least one, in particular capacitive, preferably flat, shielding electrode (preferably made of metal). In this way, the shielding element can align the detection area of the sensor element in the desired direction.
  • the edge element has and/or forms at least one, in particular capacitive, preferably flat, electrode section (preferably made of metal).
  • the edge element can absorb influences of the water from different directions for different functionally essential components of the sensor device, such as the at least one sensor element, possibly another sensor element, the control unit, a communication unit, etc.
  • the sensor element is arranged and/or attached to the control unit. In this way, a compact design of the sensor device can be made possible.
  • the senor element can be arranged and/or fastened to the functional device. In this way, improved detection areas can be created on the functional device.
  • control unit has at least one circuit board.
  • the sensor element can advantageously be arranged and/or fastened to the circuit board.
  • the shielding element can preferably be arranged and/or fastened to the circuit board.
  • the edge element is arranged and/or attached to the circuit board at least in sections.
  • the edge element can also be used to shield a communication unit, in particular an NFC unit.
  • the edge element can be used with several sections offset and/or spaced from the NFC coil in order to prevent direct kappa coupling into the NFC coil.
  • the NFC coil has two sensor sections on average, which can be symmetrically surrounded by edge element sections. This also makes it possible to compensate for the differences in thickness between the layers of the PCB. Furthermore, imbalances between the layers of the PCB can be avoided.
  • the edge element can be arranged and/or attached to the functional device at least in sections at a distance from the circuit board. In this way, the edge element can be used to specifically determine the direction from which the influence of water is to be prevented. This can be advantageous in particular in the edge area of the sensor element in order to prevent unwanted charge from flowing to the sensor electrode via conductive parts of the vehicle and via a raindrop.
  • the control unit has control electronics that are designed to charge and/or discharge the sensor element. The control unit can advantageously be designed to measure an electrical potential on the charged sensor element and/or to determine a discharge time of the charged sensor element.
  • An electrical potential on the charged sensor element and/or a discharge time of the charged sensor element can be specific to the actuation, preferably an approach and/or a touch, of the user on the functional device and/or an exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets. In this way, a capacitive measurement with a sensor electrode can be made possible.
  • control unit has a comparison capacitance which is designed to absorb the charge of the sensor element in order to measure an electrical potential on the charged sensor element and/or to determine a discharge time of the charged sensor element.
  • control electronics can be provided in order to measure an electrical potential on the charged sensor element and/or to determine a discharge time of the charged sensor element.
  • the control unit can advantageously have control electronics that are designed to charge and/or discharge the sensor element using one or more voltage pulses, preferably voltage pulse sequences.
  • an electrical potential on the charged sensor element and/or a discharge time of the charged sensor element can be specific to the actuation action, preferably an approach and/or a touch, of the user on the functional device and/or an exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets.
  • a simple and reliable measuring method can be provided to measure an electrical potential on the charged sensor element and/or to determine a discharge time of the charged sensor element.
  • control unit has control electronics which are designed to act on an outer surface of the functional device with Moisture, in particular with water droplets, depending on one, in particular only one, detection signal from the sensor element.
  • control electronics which are designed to act on an outer surface of the functional device with Moisture, in particular with water droplets, depending on one, in particular only one, detection signal from the sensor element.
  • a form of the detection signal from the sensor element can be evaluated. Since a drop of water causes a slow load shift, a detection signal with a slowly falling and/or rising edge can be a sign of a drop of water. In contrast, a finger touch causes almost no voltage drop, so that a steeply falling and/or rising edge can be recognized in the detection signal. In this way, it can be determined from just one detection signal from the sensor element whether the sensor element is sensing a drop of water or a human finger.
  • control unit has control electronics that are designed to detect the exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets, depending on a comparison between two detection signals of the sensor element.
  • the amplitudes of the detection signals of the sensor element can be compared, preferably if the detection signals have different voltage pulse sequences with different pulse/pause ratios and/or different voltage levels. This makes it possible to exploit the effect that a raindrop causes a slow load shift and a measurable voltage drop, for example in the range of a few mV to a few V, so that the difference between a short and a long measurement pulse in the detection signals is noticeably large.
  • Corresponding voltage pulse sequences can each form a point in the corresponding detection signal, which is now higher or lower.
  • control unit can have control electronics that are designed to detect the exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets, as a function of one, in particular exclusively one, voltage pulse of the sensor element of the sensor element, in particular as a function of a transient, in particular a gradient, of the voltage pulse of the sensor element. For example, two points in time for reading the voltage can be determined in order to determine the transient. In addition, the transient can be determined from the entire voltage pulse. In this way, rapid and reliable rain detection can be made possible.
  • control unit can have control electronics that are designed to detect the exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets, depending on a comparison between two voltage pulses of the sensor element, in particular depending on a comparison of the amplitudes of the voltage pulses of the sensor element, preferably when the voltage pulses have different lengths.
  • Pulses of different lengths cause load shifts of different sizes.
  • the voltage drop can be in a measurable range, for example in the range of a few mV to a few V, so that the difference between a short and a long measurement pulse is noticeably large. Such rain detection is fast. Two voltage pulses are sufficient to enable reliable rain detection.
  • control unit has control electronics that are designed to detect the exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets, depending on a comparison between two voltage pulse sequences of the sensor element.
  • the amplitudes of the voltage pulse sequences of the sensor element can be compared, preferably if the voltage pulse sequences have different pulse/pause ratios. Pulses of different lengths cause load shifts of different sizes.
  • the voltage drop can be in a measurable range, for example in the range of a few mV to a few V, so that the difference between a voltage pulse sequence with a short and a voltage pulse sequence with a long measuring pulse can be seen from the side.
  • Such rain detection is quick and reliable. Two points in the voltage pulse sequences are sufficient to enable reliable rain detection.
  • control unit has control electronics which are designed to apply a specific voltage and/or specific voltage curves, preferably voltage pulse sequences, to the shielding element. In this way, extended functions can be provided for the shielding element.
  • the shielding element can thus be switched on or off in a targeted manner.
  • control unit can be designed to connect the shielding element to a ground potential.
  • control unit can have control electronics that are designed to charge and/or discharge the shielding element using one or more voltage pulses, preferably voltage pulse sequences.
  • the sensor device can provide different functionalities and/or different methods for detecting moisture.
  • the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the sensor element and the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the shielding element are coordinated with one another and/or correspond.
  • the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the sensor element and the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the shielding element can be carried out with a time offset and/or phase shift. In this advantageous manner, a measurable influence on a transient of the voltage pulses on the sensor element can be generated.
  • control unit has control electronics that are designed to apply a specific voltage and/or specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the edge element in order to provide at least one or more different function(s) with regard to the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element.
  • control electronics that are designed to apply a specific voltage and/or specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the edge element in order to provide at least one or more different function(s) with regard to the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element.
  • improved effects can be achieved by the edge element.
  • the edge element can be controlled using a field control in order to provide different functions (targeted rain suppression and/or enhanced rain detection).
  • control unit has control electronics which are designed to apply a specific voltage and/or specific voltage curves, preferably voltage pulse sequences, to the edge element in order to reduce the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element. In this way, the detection signal of the sensor element can be specifically cleaned of the environmental influences on the sensor element.
  • control unit has control electronics which are designed to apply a specific voltage and/or specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the edge element in order to amplify the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element, in particular to detect the exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets. In this way, increased rain detection can be made possible in the sensor device.
  • control unit has control electronics that are designed to charge and/or discharge the edge element using one or more voltage pulses, preferably voltage pulse sequences. In this way, field control of the edge element and also coordinated control of the sensor element and the edge element can be enabled.
  • control unit has control electronics which are designed to apply the same or different specific voltage(s) and/or the same or different specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the edge element and the sensor element synchronously and/or concurrently in order to reduce the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element. In this way, the differences between the detection of a water drop and the detection of a human finger can be increased and/or the sensor signal can be cleaned up.
  • control unit has control electronics which are designed to apply the same or different specific voltage(s) and/or the same or different specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the edge element and the sensor element asynchronously and/or in opposite directions in order to amplify the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element, in particular to detect the exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets.
  • control electronics which are designed to apply the same or different specific voltage(s) and/or the same or different specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the edge element and the sensor element asynchronously and/or in opposite directions in order to amplify the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element, in particular to detect the exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets.
  • Different checking methods for detecting exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets can be provided by controlling a sensor element, a shielding element and/or an edge element, each individually or in combination.
  • At least one checking method can provide a first indication of exposure of an outer surface of the functional device to moisture, in particular water droplets. At least one further checking method or several further checking methods can then be carried out to confirm the detection. In this way, a multi-checking method can be provided.
  • the edge element has a 3D shape.
  • the edge element can be designed with different sections that can protect different functional components in the sensor device from environmental influences.
  • the edge element is designed to be frame-shaped, at least in sections. In this way, the edge element can in particular surround the narrow long sides of the sensor element and protect a side area of the sensor element from environmental influences.
  • the edge element is made of a, in particular planar, metal sheet, preferably by punching and bending the metal sheet. In this way, a simple and cost-effective edge element can be provided.
  • the edge element has at least one, in particular two, legs for adapting environmental influences to at least one side area of the sensor element. In this way, the environmental influences on the sensor element can be reliably reduced, which cause charge to flow from the sensor element to conductive parts of the vehicle via the water.
  • the edge element has at least one, in particular two, shield sections for shielding control electronics of the control unit.
  • the edge element can fulfill a further advantageous function to protect the control electronics from influences caused by electromagnetic fields and/or undesirable capacitive couplings.
  • the edge element can be arranged at least in sections outside the circuit board of the control unit, in particular on the functional device.
  • the edge element is designed as a fastening element and/or positioning element and/or spacer element for the control unit on the functional device.
  • the edge element can have at least one or more, in particular angled, fastening sections which are designed to fasten the control unit to the functional device and/or to position it and/or to arrange it at a distance from an outer surface of the functional device. In this way, the edge element can develop further advantages with regard to the assembly of the sensor device.
  • the edge element has at least one, in particular several, shield sections for shielding a communication unit, in particular an NFC unit, of the control unit.
  • the edge element can be integrated at least in sections within a circuit board of the control unit.
  • An NFC coil has on average two sensor sections that are symmetrically surrounded by edge element sections. which in turn can be arranged offset and/or spaced from the sensor sections of the NFC coil. In this way, direct kappa coupling into the NFC coil can be prevented.
  • the thickness differences between the layers of the PCB can be compensated. Furthermore, detuning between the layers of the PCB can be avoided.
  • the invention further provides: a functional device, in particular in the form of a door handle, for a vehicle, with a sensor device, which can be designed as described above.
  • a functional device in particular in the form of a door handle, for a vehicle, with a sensor device, which can be designed as described above.
  • the functional device With the help of the functional device, the same advantages can be achieved that were described above in connection with the sensor device. These advantages are referred to in detail here.
  • Fig. 1 is an exemplary representation of a sensor device
  • Fig. 2 is an exemplary representation of a sensor device within the scope of the present disclosure
  • Fig. 3 is an exemplary representation of a sensor device within the scope of the present disclosure
  • Fig. 4 is an exemplary representation of a sensor device within the scope of the present disclosure
  • Fig. 5 an exemplary representation of voltage pulse sequences when discharging a sensor element in a water droplet
  • Fig. 6 an exemplary representation of voltage pulse sequences when discharging a sensor element in a human finger
  • Fig. 7 an exemplary representation of detection signals of a sensor element when discharging a sensor element, on the left with a drop of water and on the right with a human finger
  • Fig. 8 an exemplary representation of voltage pulse sequences when discharging a sensor element with a drop of water, top: without control of the edge element, middle: with a concurrent control of the edge element to reduce the influence of moisture and bottom: with a counter-current control of the edge element to increase the influence of moisture,
  • Fig. 9 an exemplary representation of a sensor device with a possible edge element
  • Fig. 10 is an exemplary representation of a sensor device with a possible edge element
  • Fig. 11 is an exemplary representation of a sensor device with a possible edge element.
  • Figures 2 to 4 and 9 to 11 show a sensor device 100 for a functional device 101, in particular in the form of a door handle, of a vehicle F, comprising: at least one sensor element 10 for detecting an actuation action, for example in the form of an approach and/or a touch, of a user on the functional device 101, wherein preferably the at least one sensor element 10 has and/or forms at least one, preferably capacitive, sensor electrode, a control unit 20 for controlling (e.g. charging and discharging) and/or for reading the sensor element 10 (e.g. by analog and/or digital processing of sensor signals and/or evaluating the results of the processing).
  • a control unit 20 for controlling (e.g. charging and discharging) and/or for reading the sensor element 10 (e.g. by analog and/or digital processing of sensor signals and/or evaluating the results of the processing).
  • the sensor device 100 may comprise the following elements: a shielding element 11 for aligning a detection area of the sensor element 10, wherein the control unit 20 can be designed to control (e.g. charging and discharging) and/or to read out the shielding element 11, wherein the shielding element 11 preferably has and/or forms at least one, in particular flat, shielding electrode, and/or an edge element 12 for adapting environmental influences (in particular due to moisture) to the sensor element 10, wherein the control unit 20 can be designed to control (e.g.
  • edge element 12 charging and discharging) and/or to read out the edge element 12, wherein in particular the edge element 12 is designed separately from the shielding element 11 and/or is arranged at a distance from the shielding element 11, wherein the edge element 12 preferably has and/or forms at least one, in particular capacitive, preferably flat, electrode.
  • the functional device 101 can be designed, for example, in the form of a door handle of the vehicle F, which can be designed, for example, to be extendable or fixed.
  • the functional device 101 can be designed in the form of a module or chip, which can be arranged at different positions on or in the vehicle F in order to actuate a movable part of the vehicle F.
  • the actuation can include locking, unlocking, opening and/or closing the movable part of the vehicle F.
  • the functional device 101 can be arranged on (e.g. on the door handle) or next to (e.g. on a B-pillar) the movable part of the vehicle F to be actuated.
  • a door, a tailgate, a fuel filler flap, a loading flap, a hinged mirror, a sunroof, a window pane, or the like is conceivable as a movable part.
  • the sensor device 100 can enable a comfortable operation of the movable part of the vehicle F.
  • the operation can advantageously require a specific operation sequence, which can be detected by the at least one sensor element 10.
  • a specific operation sequence a presence or approach of the user B to the functional device 101 can be detected by the sensor element 10.
  • an authentication of the User B can be initiated to check whether user B is authorized to operate the movable part and/or to gain access to vehicle F.
  • a touch by user B on an outer surface 102 of functional device 101 can be detected by sensor element 10. Only when the specific operation sequence has been detected by the at least one sensor element 10 can control unit 20 generate a signal according to which the movable part is operated.
  • the sensor device 100 can have one or more sensor elements 10.
  • Different sensor elements 10 can be designed for different actuation functions or types, such as unlocking and possibly opening or locking the movable part of the vehicle F. Different actuation functions can provide for different actuation sequences. Different sensor elements 10 can preferably have different detection ranges.
  • Fig. 9 to 11 indicate that different sensor elements 10 can have a (common, e.g. planar) shielding element 11 and/or a (common, e.g. 3D-shaped) edge element 12.
  • two sensor elements 10 can be provided for a door handle.
  • a first sensor element 10 can, for example, have a detection area which is directed outwards away from the vehicle F in order to detect a user B approaching the detection area and then touching an outer surface 102 of the functional device 101.
  • the first sensor element can, for example, be used to unlock and possibly open the movable part directly, depending on whether the door handle is movable and stationary.
  • a second sensor element 10 can, for example, have a detection area which is directed inwards towards the vehicle F, in particular into a grip recess, in order to detect reaching behind the door handle, for example when closing the vehicle door.
  • the second sensor element 10 can, for example, be used to lock the movable part. This example is shown schematically in Figs.
  • a shielding element in particular a planar one, can be provided for both sensor elements 10 and separate the detection area of the first sensor element 10 from the detection area of the second sensor element 10 or align it on the one hand outwards away from the vehicle F and on the other hand inwards towards the vehicle F, in particular into a recessed grip.
  • an edge element 12 in particular a 3D-shaped one, can be provided for both sensor elements.
  • the edge element 12 is designed to control the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element 10 according to the desired function F1, F2 (reduction of the moisture influence for the purpose of cleaning the sensor signal F1 and/or amplification of the moisture influence for the purpose of moisture or rain detection F2).
  • the edge element 12 can be controlled using the control unit 20, preferably using a field control, in order to specifically reduce the moisture influence (function F1, see the middle graphic in Fig. 8) or to amplify it (function F2, see the lower graphic in Fig. 8).
  • sensor devices 100 react sensitively to environmental influences, in particular humidity.
  • High humidity in the ambient air can trigger an undesired detection at the sensor element.
  • Humidity fluctuations can also impair the sensor functions.
  • the sensor device 100 reacts differently to moisture, such as a drop of water W on an outer surface 102 of the functional device 101, which is usually poorly conductive (resistance R w ), and to a user B, such as a human finger, which touches the outer surface of the functional device and which is usually well conductive (resistance RB).
  • moisture such as a drop of water W on an outer surface 102 of the functional device 101, which is usually poorly conductive (resistance R w )
  • R w poorly conductive
  • a user B such as a human finger
  • the invention uses this difference in the reaction of the sensor device 100 to enable different functions in the sensor device 100, as illustrated in Fig. 5 to 8.
  • the following functions are conceivable: a function F2 (see the lower graphic in Fig. 8) to detect the water, e.g. in the form of rain (or rain detection), another function F1 (cf. the upper and middle graphics in Fig. 8) to clear the detection of an actuation, in particular a touch, of the user B on an outer surface 102 of the functional device 101 from moisture influences (cf. middle graphic in Fig. 8), and/or to (at least) increase the difference between the detection of an actuation, in particular a touch, of the user B and the detection of moisture exposure on an outer surface 102 of the functional device 101 (cf. upper graphic in Fig. 8 and Figs. 5 to 7).
  • the differences between the human body of a user B and a drop of water W are mainly exploited.
  • a human body of a user B is well grounded due to its dimensions. Its electrical potential is not noticeably changed by a local influence near the body. In contrast, a raindrop or water drop W, especially including dirty water or similar, changes its electrical potential depending on the local conditions.
  • a second difference between a drop of water W and a human body of a user B is the resistance of the material.
  • the conductivity of the human body is greater than 50000pS/cm, while the conductivity of extremely clear water is only 0.05 pS/cm.
  • the resulting resistance RB of a human body is significantly lower than the resistance Rw of the water droplet W.
  • Fig. 5 especially in comparison to Fig. 6, and Fig. 8 illustrate, with a sequence of voltage pulses (or a single voltage pulse, preferably of any frequency) the capacitance can be measured in such a way that it is less sensitive to rain (Fig. 5 to 7 and Fig. 8 top), almost insensitive to rain (Fig. 8 middle) or intentionally extremely sensitive to rain (Fig. 8 bottom).
  • Several voltage pulses or just one voltage pulse may be required to enable rain suppression and/or rain detection.
  • the pulses can have a single frequency or a mixture of frequencies. A combination of voltage pulse sequences and frequencies is also conceivable.
  • the sensor device 100 can be operated in such a way that the sensor element 10 is initially charged according to the external capacitance.
  • the charge on the capacitive sensor electrode 10 can be positive or negative. This charge is then measured, for example by discharging the sensor element 10 and measuring the discharge time.
  • Fig. 5 and 6 show long discharge pulses at the top and short discharge pulses at the bottom.
  • the sensor element 10 is connected to a comparison capacitance Load.
  • Discharge pulses of equal length are shown in Fig. 8.
  • the edge element 12 is additionally controlled to provide the function F1 (reduction of the moisture influence) or function F2 (strengthening of the moisture influence), which will be referred to in more detail below.
  • the water does not significantly affect the detection of a touch by user B, even if a raindrop or water is near the sensor electrode. If a human body causes a capacitance at the sensor electrode, almost no resistance is involved. As a result, there is hardly any voltage drop in the internal resistance of the finger when touched and the load is completely transferred relatively quickly.
  • a water droplet W can cause an unwanted charge to flow to the sensor electrode.
  • the sensor element 10 can thus also carry out a detection, but much more slowly than a detection of a touch by the user (see the lower graphic in Fig. 5). If a raindrop or water droplet W has a different capacitance at the sensor electrode 10 A large internal resistance is involved. The load is moved more slowly and there is a voltage drop AU across the internal resistance.
  • a voltage drop AU of approx. 46 mV can be detected (above the detection occurs at approx. 71.89 mV, below the detection occurs at approx. 25.55 mV).
  • the voltage pulses could either last longer and/or the level of the voltage U could be increased.
  • the detection signal S1 or S2 thus differs when detecting the user B (right in Fig. 7) and when detecting the water drop W (left in Fig. 7).
  • the sensor element 10 cannot be discharged as quickly with fast discharge pulses as with slow discharge pulses.
  • the detection signal S1 above has a higher amplitude than the detection signal S2 below.
  • a water drop W can be detected.
  • the edges of the Detection signals S1, S2 on the left have a relatively flat drop.
  • the edges of the detection signals S1, S2 on the right have a relatively steep drop.
  • a detection signal S1 or S2 can be assigned by its shape to a water droplet W (flatly rising and/or falling) or to a user B (steeply rising and/or falling).
  • the control unit 20 can have at least one circuit board 21.
  • the sensor element 10 can be arranged and/or fastened to the circuit board 21.
  • the shielding element 11 can be arranged and/or fastened to the circuit board 21.
  • the edge element 12 can be arranged and/or attached to the circuit board 21 at least in sections (see Fig. 11). In this way, the edge element 12 can serve to shield a communication unit 23, in particular an NFC unit.
  • the edge element 12 can be used with several sections offset and/or spaced from the NFC coil in order to prevent direct kappa coupling into the NFC coil.
  • the NFC coil has two sensor sections on average, which can be symmetrically surrounded by shield sections 12e, 12f, 12g. This can also compensate for the differences in thickness between the layers of the PCB.
  • the edge element 12 can be arranged and/or fastened to the functional device 101 at least in sections at a distance from the circuit board 21 (see Fig. 2 to 4 and 9 and 10). In this way, the edge element 12 can be used to specifically determine the direction from which the influence of water is to be prevented. This can be advantageous in particular in the side area 10s of the sensor element 10 in order to prevent unwanted charge from flowing to the sensor electrode via conductive parts of the vehicle F and via a drop of water W, as indicated in Fig. 1 and 3.
  • control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to charge and/or discharge the sensor element 10.
  • control unit 20 can be designed to measure an electrical potential at the charged sensor element 10 and/or to determine a discharge time of the charged sensor element 10.
  • An electrical potential at the charged sensor element 10 and/or a discharge time of the charged sensor element 10 can be specific to the actuation action, preferably an approach and/or a touch, of the user on the functional device 101.
  • control unit 20 can have a comparison capacitance Load, which is designed to absorb the charge of the sensor element 10 in order to measure an electrical potential at the charged sensor element 10 and/or to determine a discharge time of the charged sensor element 10.
  • control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to charge and/or discharge the sensor element 10 using one or more voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, as shown in Figs. 5, 6 and 8.
  • an electrical potential at the charged sensor element 10 and/or a discharge time of the charged sensor element 10 can be specific to the actuation action, preferably an approach and/or a touch, of the user on the functional device 100 and/or an exposure of an outer surface 102 of the functional device 100 to moisture, in particular to water droplets.
  • control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to detect the exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular water droplets, depending on one, in particular exclusively one, detection signal S1 of the sensor element 10, as indicated in Fig. 7.
  • detection signal S1 of the sensor element 10 can be evaluated. Since a water drop W causes a slow load shift, a detection signal S1, S2 with a slowly falling edge can be a sign of a water drop W (see left in Fig. 7). In contrast, a finger touch causes almost no voltage drop, so that a sharply falling edge can be seen in the detection signal S1, S2 (see right in Fig. 7).
  • control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to detect the exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular to water droplets, depending on a comparison between two detection signals S1, S2 of the sensor element 10.
  • the amplitudes A1, A2 of the detection signals S1, S2 of the sensor element 10 can be compared, preferably if the detection signals S1, S2 have different voltage pulse sequences with different pulse/pause ratios and/or different voltage levels.
  • control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to detect the exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular to water droplets, as a function of one, in particular exclusively one, voltage pulse of the sensor element 10 of the sensor element 10, in particular as a function of a transient, in particular a slope, of the voltage pulse of the sensor element 10.
  • control electronics 22 are designed to detect the exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular to water droplets, as a function of one, in particular exclusively one, voltage pulse of the sensor element 10 of the sensor element 10, in particular as a function of a transient, in particular a slope, of the voltage pulse of the sensor element 10.
  • two points in time on the x-axis can be determined for reading voltage U10 on the sensor element 10 in order to determine the transient of the voltage pulse.
  • the transient can be calculated from the entire voltage pulse. In this way, rapid and reliable rain detection can be made possible.
  • Fig. 5, 6 and 8 indicate that the control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to detect the exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular to water droplets, depending on a comparison between two voltage pulses of the sensor element 10, in particular depending on a comparison of the amplitudes of the voltage pulses of the sensor element 10, preferably when the voltage pulses have different lengths. In this way, reliable rain detection can be made possible. Pulses of different lengths cause load shifts of different sizes, as shown on the left in Fig. 5 in the comparison between an upper and a lower graphic.
  • the voltage drop can be in a measurable range, for example in the range of a few mV to a few V, so that the difference between a short and a long measuring pulse is noticeably large. Such rain detection is fast. Two voltage pulses are sufficient to enable reliable rain detection.
  • Fig. 5, 6 and 8 indicate that the control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to detect the exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular water droplets, depending on a comparison between two voltage pulse sequences of the sensor element 10.
  • the amplitudes of the voltage pulse sequences of the sensor element 10 can be compared, preferably if the voltage pulse sequences have different pulse/pause ratios. Pulses of different lengths cause different load shifts, as shown on the left in Fig.
  • the voltage drop AU can be in a measurable range, for example in the range of a few mV to a few V, so that the difference between a short and a long measuring pulse is noticeably large. Such rain detection is very fast. Two points in the voltage pulse sequences are sufficient to enable reliable rain detection.
  • control electronics 22 can be designed to apply a specific voltage and/or specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the shielding element 11.
  • the shielding element 11 can thus be switched on or off in a targeted manner.
  • control unit 20 can be designed to connect the shielding element 11 to a ground potential.
  • the control electronics 22 can be designed to charge and/or discharge the shielding element 11 using one or more voltage pulses, preferably voltage pulse sequences.
  • the sensor device 100 can provide different functionalities and/or different methods for detecting moisture.
  • the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the sensor element 10 and the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the shielding element 11 are coordinated with one another and/or correspond.
  • the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the sensor element 10 and the voltage pulses, preferably voltage pulse sequences, on the shielding element 11 can be carried out with a time offset and/or phase shifted. In this advantageous manner, a measurable influence on a transient of the voltage pulses at the sensor element 10 can be generated.
  • Fig. 8 indicates that the control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to apply a specific voltage and/or specific voltage curves, preferably voltage pulse sequences, to the edge element 12 in order to provide at least one or more different function(s) F1, F2 with regard to the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element 10.
  • the edge element 12 can be controlled using a field control in order to achieve different effects (targeted rain suppression F1 and/or enhanced rain detection F2).
  • control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to apply the edge element 12 and the sensor element 10 synchronously or concurrently with an identical or different specific voltage(s) and/or identical or different specific voltage curves, preferably voltage pulse sequences, in order to reduce the environmental influences, in particular due to moisture, on the sensor element 10.
  • control unit 20 can have control electronics 22 which are designed to apply the same or different specific voltage(s) and/or the same or different specific voltage profiles, preferably voltage pulse sequences, to the edge element 12 and the sensor element 10 asynchronously or in opposite directions in order to amplify the environmental influences, in particular moisture, on the sensor element 10, in particular to detect the exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular water droplets. In this way, the effect of the water on the sensor element 10 can be amplified, so that simple, quick and reliable rain detection can be provided in the sensor device 100.
  • Different checking methods for detecting exposure of an outer surface 102 of the functional device 101 to moisture, in particular water droplets, can be carried out by controlling a sensor element 10, a Shielding element 11 and/or an edge element 12 can be provided individually or in combination.
  • At least one checking method e.g. transient of a voltage pulse on the sensor element 10 shows a typical gradient for a water drop
  • At least one further checking method e.g. comparison of amplitudes of two voltage pulses on the sensor element 10
  • several further checking methods e.g. with additional control of the shielding element 11 and/or the edge element 12
  • a multi-checking method can be provided.
  • the edge element 12 can have a 3D shape. In this way, the edge element 12 can form different sections with extended functions, in particular in order to be able to protect various functional components 10s, 22, NFC in the sensor device 100 from environmental influences.
  • the edge element 12 can be made of a, in particular planar, metal sheet, preferably by punching and bending the metal sheet.
  • the edge element 12 can be designed in the form of a frame, at least in sections. In this way, the edge element can in particular surround the narrow longitudinal sides of the sensor element and protect a side region 10s of the sensor element 10 from environmental influences.
  • the edge element 12 can have at least one, in particular two, legs 12a, 12b for adapting environmental influences to at least one side area 10s of the sensor element 10. In this way, the Environmental influences that cause charge to flow from the sensor element to conductive parts of the vehicle via the water droplet W can be reliably reduced.
  • the edge element 12 has at least one, in particular two, shield sections 12c, 12d for shielding a control electronics 22 of the control unit 20.
  • the edge element 12 can fulfill a further advantageous function in order to protect the control electronics 22 from influences by electromagnetic fields and/or capacitive couplings.
  • the edge element 12 can be arranged at least in sections outside the circuit board 21 of the control unit 20, in particular on the functional device 101.
  • Fig. 9 and 10 indicate that the edge element 12 can be designed as a fastening element and/or positioning element and/or spacer element for the control unit 20 on the functional device 101.
  • the edge element 12 can have at least one or more, in particular angled, fastening sections 12i, 12h, which are designed to fasten the control unit 20 on the functional device 101 and/or to position it and/or to arrange it at a distance from an outer surface 102 of the functional device 101.
  • the edge element 12 can develop further advantages with regard to the assembly of the sensor device 100 on the functional device 101.
  • Fig. 11 indicates that the edge element 12 can have at least one, in particular several, shield sections 12e, 12f, 12g for shielding a communication unit 23, in particular an NFC unit, of the control unit 20.
  • the edge element 12 can be integrated at least in sections within a circuit board 21 of the control unit 20.
  • An NFC coil has on average two sensor sections that can be symmetrically surrounded by shield sections 12e, 12f, 12g, which in turn can be arranged offset and/or spaced from the sensor sections of the NFC coil. In this way, direct kappa coupling into the NFC coil can be prevented.
  • the thickness differences between the layers of the circuit board 21 can be compensated for.
  • a corresponding functional device 101 in particular in the form of a door handle, for a vehicle F, with at least one sensor device 100, which can be designed as described above, also represents an aspect of the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (100) für eine Funktionsvorrichtung (101), insbesondere in der Form einer Zugangsvorrichtung, bevorzugt eines Türgriffes, eines Fahrzeuges (F), aufweisend: - mindestens ein Sensorelement (10), vorzugsweise in der Form einer, bevorzugt kapazitiven, Sensorelektrode, zum Erfassen einer Betätigungshandlung, insbesondere in Form einer Annäherung und/oder einer Berührung, eines Benutzers (B) an der Funktionsvorrichtung (101) und/oder zum Erfassen einer Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, - und eine Steuereinheit (20) zum Ansteuern und/oder zum Auslesen des Sensorelementes (10).

Description

Sensorvorrichtung für eine Funktionsvorrichtung eines Fahrzeuges
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für eine Funktionsvorrichtung eines Fahrzeuges. Ferner betrifft die Erfindung eine korrespondierende Funktionsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer entsprechenden Sensorvorrichtung.
Sensorvorrichtungen für Funktionsvorrichtungen bei Fahrzeugen sind grundsätzlich bekannt. Bekannte Sensorvorrichtungen dienen dazu, bewegliche Teile, beispielsweise eine Tür oder eine Heckklappe, bei Fahrzeugen zu betätigen. Bekannte Sensorvorrichtungen weisen zumeist Sensoren auf, die Informationen mit der Umgebung austauschen können, um eine Annäherung und/oder eine Berührung eines Benutzers an der Funktionsvorrichtung zu erfassen. Als Sensoren werden dabei oft kapazitive Sensoren eingesetzt. Der Betrieb solcher Sensoren erweist sich jedoch als nicht immer zuverlässig, da das kapazitive Feld durch Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, leicht verzerrt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist daher, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Sensorvorrichtung für eine Funktionsvorrichtung eines Fahrzeuges zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise ist Aufgabe der Erfindung, eine Sensorvorrichtung für eine Funktionsvorrichtung eines Fahrzeuges bereitzustellen, die sicher und zuverlässig im Betrieb ist und die eine erweiterte Funktionalität aufweist, bevorzugt im Hinblick auf verbesserte Sensorfunktionen und/oder Erkennung von Feuchtigkeit, wie z. B. bei Regen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine korrespondierende Funktionsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer entsprechenden Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch: eine Sensorvorrichtung für eine Funktionsvorrichtung eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches und eine korrespondierende Funktionsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer entsprechenden Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruches. Weitere Merkmale, Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Erfindungsaspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen Erfindungsaspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Erfindung stellt bereit: eine Sensorvorrichtung für eine Funktionsvorrichtung, insbesondere in der Form einer Zugangsvorrichtung, bevorzugt eines Türgriffes, eines Fahrzeuges, aufweisend: mindestens ein Sensorelement, vorzugsweise in der Form einer, bevorzugt kapazitiven, Sensorelektrode, zum Erfassen einer Betätigungshandlung, insbesondere in Form einer Annäherung und/oder einer Berührung, eines Benutzers an der Funktionsvorrichtung und/oder zum Erfassen einer Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, und eine Steuereinheit zum Ansteuern (bspw. Laden und Entladen) und/oder zum Auslesen des Sensorelementes (bspw. durch analoges und/oder digitales Verarbeiten von Sensorsignalen und/oder Auswerten der Ergebnisse der Verarbeitung),
Ferner kann die Sensorvorrichtung aufweisen; ein Abschirmelement zum Ausrichten eines Detektionsbereiches des Sensorelementes, wobei die Steuereinheit zum Ansteuern und/oder zum Auslesen des Abschirmelementes ausgebildet sein kann, wobei vorzugsweise das Abschirmelement mindestens eine, insbesondere flächige, Schirmelektrode aufweist und/oder bildet, und/oder ein Randelement zum Anpassen von Umgebungseinflüssen (insbesondre durch Feuchtigkeit) auf das Sensorelement, wobei die Steuereinheit zum Ansteuern und/oder zum Auslesen des Randelementes ausgebildet sein kann, wobei insbesondere das Randelement separat zum Abschirmelement ausgebildet und/oder beabstandet zum Abschirmelement angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Randelement mindestens eine, insbesondere kapazitive, vorzugsweise flächige, Elektrode aufweist und/oder bildet.
Die Funktionsvorrichtung kann, wie oben bereits erwähnt, in Form einer Zugangsvorrichtung, bevorzugt eines Türgriffes des Fahrzeuges ausgebildet sein, welches bspw. ausfahrbar oder feststehend ausgeführt sein kann, um ein bewegliches Teil des Fahrzeuges zu betätigen. Das Betätigen kann Verriegeln, Entriegeln, Öffnen und/oder Schließen umfassen.
Zudem ist es denkbar, dass die Funktionsvorrichtung in Form eines Moduls oder Chips ausgeführt sein kann, welches bzw. welcher an unterschiedlichen Positionen am oder im Fahrzeug angeordnet sein kann, um ein bewegliches Teil des Fahrzeuges zu betätigen. Das Betätigen kann Verriegeln, Entriegeln, Öffnen und/oder Schließen umfassen. Dabei ist es denkbar, dass die Funktionsvorrichtung in Form eines Moduls oder Chips am oder neben dem zu betätigenden beweglichen Teil des Fahrzeuges angeordnet sein kann. Als bewegliches Teil ist dabei eine Tür, eine Heckklappe, eine Tankklappe, eine Ladeklappe, ein aufklappbarer Spiegel, ein Schiebedach, eine Fensterscheibe, o. Ä. denkbar. Im Falle einer Seitentür des Fahrzeuges als ein bewegliches Teil kann die Funktionsvorrichtung in Form eines Moduls oder Chips an der Tür selbst oder an der B-Säule des Fahrzeuges angeordnet sein.
Die Sensorvorrichtung kann vorzugsweise für eine komfortable Betätigung eines beweglichen Teils des Fahrzeuges ausgeführt sein. Die Betätigung kann vorzugsweise einen bestimmten Betätigungsablauf erfordern. Zunächst kann bei einem bestimmten Betätigungsablauf eine Annäherung des Benutzers an der Funktionsvorrichtung durch das Sensorelement erfasst werden. Zudem kann eine Authentifizierung des Benutzers durchgeführt werden, bspw. nach dem Erfassen einer Annäherung des Benutzers in den Detektionsbereich des Sensorelementes. Die Authentifizierung kann dazu dienen, zu überprüfen, ob der Benutzer berechtigt ist, das bewegliche Teil zu betätigen und/oder einen Zugang zum Fahrzeug und/oder zu einem Funktionsraum des Fahrzeuges zu erlangen. Ferner kann bei einem bestimmten Betätigungsablauf eine Berührung des Benutzers an einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung durch das Sensorelement erfasst werden.
Die Sensorvorrichtung kann ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen. Unterschiedliche Sensorelemente können für unterschiedliche Betätigungsfunktionen ausgelegt sein, wie z. B. verriegeln oder entriegeln, öffnen oder schließen des beweglichen Teils des Fahrzeuges. Unterschiedliche Betätigungsfunktionen können unterschiedliche Betätigungsabläufe vorsehen. Unterschiedliche Sensorelemente können vorzugsweise unterschiedliche Detektionsbereiche aufweisen.
Ferner ist es denkbar, dass unterschiedliche Sensorelemente ein (gemeinsames) Abschirmelement und/oder ein (gemeinsames) Randelement aufweisen können.
Bei einem Türgriff können bspw. zwei Sensorelemente vorgesehen sein. Ein erstes Sensorelement kann bspw. einen Detektionsbereich aufweisen, welcher nach außen weg vom Fahrzeug gerichtet ist, um eine Annährung eines Benutzers in den Detektionsbereich und anschließend eine Berührung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung zu erfassen. Das erste Sensorelement kann bspw. zum Entriegeln und ggf. einem unmittelbaren Öffnen des beweglichen Teils dienen. Ein zweites Sensorelement kann bspw. einen Detektionsbereich aufweisen, welcher nach innen zum Fahrzeug, insbesondere in eine Griffmulde gerichtet ist, um ein Hintergreifen des Türgriffes zu erfassen. Das zweite Sensorelement kann bspw. zum Verriegeln des beweglichen Teils dienen.
In dem vorhergehenden Beispiel kann ein Abschirmelement für beide Sensorelemente vorgesehen sein und den Detektionsbereich des ersten Sensorelementes von dem Detektionsbereich des zweiten Sensorelementes trennen bzw. einerseits nach außen weg vom Fahrzeug und andererseits nach innen zum Fahrzeug, insbesondere in eine Griffmulde, ausrichten.
In dem vorhergehenden Beispiel kann ein Randelement für beide Sensorelemente vorgesehen sein, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement gemäß der gewünschten Funktion (Reduktion des Feuchtigkeitseinflusses zwecks Bereinigung des Sensorsignals und/oder Verstärken des Feuchtigkeitseinflusses zwecks Feuchtigkeit- bzw. Regendetektion) entsprechend zu steuern, vorzugsweise mithilfe der Steuereinheit, die bevorzugt Feldsteuerung bei dem Randelement anwendet.
Die Erfindung erkennt, dass Sensorvorrichtungen, insbesondere kapazitive Sensorvorrichtungen, sensibel auf die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, reagieren. Eine hohe Feuchte in der Umgebungsluft kann eine unerwünschte Detektion am Sensorelement auslösen. Feuchtigkeitsschwankungen können die Sensorfunktionen ebenfalls beeinträchtigen.
Zudem erkennt die Erfindung, dass die Sensorvorrichtung auf Feuchtigkeit, wie z. B. auf einen Wassertropfen an einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung, der zumeist schlecht leitend ist, und auf einen menschlichen Körper, wie z. B. einen menschlichen Finger, der die Außenfläche der Funktionsvorrichtung berührt und der zumeist gut leitend ist, anders reagiert.
Diesen Unterschied in der Reaktion der Sensorvorrichtung nutzt die Erfindung, um unterschiedliche Funktionen bei der Sensorvorrichtung zu ermöglichen. Dabei sind folgende Funktionen denkbar: eine Funktion, um das Wasser, bspw. in Form von Regen, an einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung zu detektieren (bzw. Regendetektion), eine andere Funktion, um die Erfassung einer Betätigungshandlung, insbesondere einer Berührung, des Benutzers an einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung von Feuchtigkeitseinflüssen zu bereinigen, und/oder um den Unterschied zwischen der Erfassung einer Betätigungshandlung, insbesondere einer Berührung, des Benutzers und der Erfassung einer Feuchtigkeitsbeaufschlagung an einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung (zumindest) zu vergrößern.
Um eine gute Regenunterdrückung und/oder Regendetektion zu etablieren, werden zwei verschiedene physikalische Ansätze und darüber hinaus eine Kombination davon verwendet. Hier werden vor allem die Unterschiede zwischen einem menschlichen Körper und einem Regentropfen genutzt. Ein menschlicher Körper ist aufgrund seiner Abmessungen gut geerdet. Sein elektrisches Potential wird durch eine lokale Beeinflussung in Körpernähe nicht merklich verändert. Im Gegensatz dazu verändert ein Regentropfen, Schmutzwasser o. Ä. sein elektrisches Potential je nach den örtlichen Gegebenheiten.
Ein zweiter Unterschied zwischen einem Regentropfen und einem menschlichen Körper ist der Widerstand des Materials. Die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers ist größer als 50000pS/cm, während die Leitfähigkeit von klarem Wasser nur 0,05 pS/cm beträgt.
Kombiniert mit der Form des freien Wassers im Gegensatz zum menschlichen Körper, ist der resultierende Widerstand eines menschlichen Körpers signifikant anders als der Widerstand von jeder Art von Wasser.
Die Idee liegt dabei darin, mit einem einzigen Spannungs-Puls oder einer Abfolge von Spannungs-Pulsen beliebiger Frequenz die Kapazität so zu messen, dass sie weniger empfindlich gegen Regen oder absichtlich extrem empfindlich gegen Regen ist.
Es gibt eine große Vielfalt an kapazitiven Sensorsystemen. Allen gemeinsam ist der Ansatz, ein Sensorelement, bspw. in Form einer kapazitiven Sensorelektrode, gemäß der äußeren Kapazität aufzuladen und diese Ladung anschließend zu vermessen, bspw. durch ein Entladen des Sensorelementes und eine Messung der Entladezeit.
In Abhängigkeit von der äußeren Kapazität ist die Höhe der Ladung, die auf dem Sensorelement aufgeladen werden kann, unterschiedlich. Diese Differenz wird nun gemäß der Erfindung ausgewertet.
Die Ladung an der kapazitiven Sensorelektrode kann positiv oder negativ sein. Dabei können mehrere Spannungs-Pulse oder nur ein Spannungs-Puls erforderlich sein, um eine Regenunterdrückung und/oder Regendetektion zu ermöglichen. Die Pulse können eine einzige Frequenz oder eine Mischung von Frequenzen aufweisen. Eine Kombination an Spannungs-Puls-Abfolgen und Frequenzen ist ebenfalls denkbar. Um das Sensorelement aufzuladen und/oder zu entladen, wird am Sensorelement eine bestimmte Spannung in mehreren Spannungs-Pulsen oder nur einem Spannungs-Puls angelegt. Die Ladung des aufgeladenen Sensorelementes wird auf eine Vergleichselektrode übertragen, die vermessen werden kann.
Wenn sich ein Regentropfen oder Wasser in der Nähe der Sensorelektrode befindet, beeinträchtigt das Wasser die Erfassung einer Betätigungshandlung, insbesondere eine Berührung, des Benutzers nicht wesentlich.
In Abwesenheit des Benutzers kann über einen Regentropfen ungewollt Ladung zur Sensorelektrode fließen. Das Sensorelement kann dadurch ebenfalls eine Erfassung durchführen, allerdings wesentlich langsamer als eine Erfassung einer Berührung durch den Benutzer.
Verursacht ein menschlicher Körper eine Kapazität an der Sensorelektrode, so ist nahezu kein Widerstand beteiligt. Das hat zur Folge, dass am Innenwiderstand des Fingers bei einer Berührung kaum ein Spannungsabfall auftritt und die Ladung relativ schnell vollständig verlagert wird.
Wenn ein Regentropfen eine andere Kapazität an der Sensorelektrode verursacht, ist ein großer Innenwiderstand beteiligt. Die Ladung wird langsamer verschoben und es gibt einen Spannungsabfall am Innenwiderstand.
Wenn ein Finger eine Kapazitätsänderung verursacht, ist kein wesentlicher Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls zu erkennen.
Verursacht ein Regentropfen eine Kapazitätsänderung, so ist der Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls wesentlich.
Das Sensorsignal unterscheidet sich somit bei einer Erfassung des Benutzers und einer Erfassung des Wassers. Die Erfindung nutzt diese Unterschiede für die Erkennung oder Beseitigung von Regeneinflüssen auf die Sensorvorrichtung. Dabei ist es vorteilhafterweise nicht notwendig, mit unterschiedlichen Frequenzen zu arbeiten. Die verwendeten Frequenzen brauchen nur in Abhängigkeit von den Bedürfnissen des kapazitiven Systems ausgewählt werden.
Mithilfe des Randelementes kann im Allgemeinen verhindert werden, dass über einen Regentropfen ungewollt Ladung zur Sensorelektrode fließt (Reduktion des Feuchtigkeitseinflusses zwecks Bereinigung des Sensorsignals).
Vorteilhafterweise kann das Randelement mit dem gleichen oder einem ähnlichen Potenzial wie die Sensorelektrode beaufschlagt werden, um zu verhindern, dass über den Wassertropfen Ladung zur Sensorelektrode fließt.
Zusätzlich kann durch eine gezielte Ansteuerung, bspw. eine synchrone und/oder mitläufige Ansteuerung, des Randelementes der Feuchtigkeitseinfluss reduziert und der Unterschied zwischen einer Erfassung des Benutzers und einer Erfassung des Wassers vergrößert werden (Bereinigung des Sensorsignals und/oder verbesserte Unterscheidung zwischen einer Regendetektion und einer Benutzerdetektion).
Zusätzlich kann durch eine gezielte Ansteuerung, bspw. eine asynchrone und/oder gegenläufige Ansteuerung, des Randelementes der Feuchtigkeitseinfluss derart erhöht werden, dass eine Feuchtigkeit- bzw. Regendetektion ermöglicht wird (Verstärken des Feuchtigkeitseinflusses zwecks Feuchtigkeit- bzw. Regendetektion).
Somit kann eine verbesserte Sensorvorrichtung für eine Funktionsvorrichtung eines Fahrzeuges bereitgestellt werden, die sicher und zuverlässig im Betrieb ist und die eine erweiterte Funktionalität aufweist, bevorzugt im Hinblick auf verbesserte Sensorfunktionen und/oder Erkennung von Feuchtigkeit, wie z. B. bei Regen. Auf diese Weise kann auch eine verbesserte Funktionsvorrichtung für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement mindestens eine, insbesondere kapazitive, Sensorelektrode (vorzugsweise aus Metall) aufweist und/oder bildet. Auf diese Weise kann das Sensorelement für eine kapazitive Messung benutzt werden. Mithilfe eines solchen Sensorelementes kann nicht nur eine Annäherung des Benutzers in den Detektionsbereich, sondern auch eine Berührung des Benutzers an einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung erfasst werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Detektionsbereich des Sensorelementes in einer Einbausituation am Fahrzeug im Wesentlichen horizontal ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine Annäherung des Benutzers zum Fahrzeug über relativ große Reichweiten erfasst werden. Daraufhin kann auf eine vorteilhafte Weise eine Authentifizierungsabfrage gestartet werden, bevorzugt bevor der Benutzer das Fahrzeug erreicht und die Funktionsvorrichtung berührt, was ebenfalls mithilfe des Sensorelementes mit dem horizontalen Detektionsbereich erfasst werden kann.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Detektionsbereich des Sensorelementes in einer Einbausituation am Fahrzeug im Wesentlichen vertikal ausgebildet ist. Auf diese Weise können weitere Betätigungsfunktionen durch die Sensorvorrichtung bereitgestellt werden, wie z. B. Verriegeln eines beweglichen Teils des Fahrzeuges.
Zudem kann das Sensorelement dazu ausgeführt sein, eine Annährung eines Benutzers in den Detektionsbereich zu erfassen. Außerdem kann das Sensorelement dazu ausgeführt sein, eine Berührung des Benutzers an einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung zu erfassen. Auf diese Weise können bestimmte Abläufe zum Betätigen der Funktionsvorrichtung bereitgestellt werden.
Vorteilhafterweise kann das Sensorelement dazu ausgeführt sein, eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Abschirmelement mindestens eine, insbesondere kapazitive, vorzugsweise flächige, Schirmelektrode (vorzugsweise aus Metall) aufweist und/oder bildet. Auf diese Weise kann das Abschirmelement den Detektionsbereich des Sensorelementes in die gewünschte Richtung ausrichten.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Randelement mindestens einen, insbesondere kapazitiven, vorzugsweise flächigen, Elektrodenabschnitt (vorzugsweise aus Metall) aufweist und/oder bildet. Auf diese Weise kann das Randelement Einflüsse des Wassers von unterschiedlichen Richtungen für verschiedene funktionswesentliche Komponenten der Sensorvorrichtung reduzieren, wie z. B. das mindestens eine Sensorelement, ggf. ein weiteres Sensorelement, die Steuereinheit, eine Kommunikationseinheit, usw.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement an der Steuereinheit angeordnet und/oder befestigt ist. Auf diese Weise kann eine kompakte Ausführung der Sensorvorrichtung ermöglicht werden.
Zudem kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement an der Funktionsvorrichtung anordenbar und/oder befestigbar ist. Auf diese Weise können verbesserte Detektionsbereiche an der Funktionsvorrichtung geschaffen werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit mindestens eine Leiterplatte aufweist. Vorteilhafterweise kann das Sensorelement an der Leiterplatte angeordnet und/oder befestigt sein. Vorzugsweise kann das Abschirmelement an der Leiterplatte angeordnet und/oder befestigt sein.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Randelement zumindest abschnittsweise an der Leiterplatte angeordnet und/oder befestigt ist. Auf diese Weise kann das Randelement außerdem zum Abschirmen einer Kommunikationseinheit, insbesondere einer NFC-Einheit, dienen. Dabei kann das Randelement mit mehreren Abschnitten versetzt und/oder beabstandet zur NFC-Spule eingesetzt werden, um eine direkte Kappa-Einkopplung in die NFC-Spule zu verhindern. Die NFC-Spule hat im Schnitt zwei Sensorabschnitte, die symmetrisch von Randelementabschnitten umgeben werden können. Auch können dadurch die Dickenunterschiede zwischen den Schichten der PCB ausgeglichen werden. Ferner können somit Verstimmungen zwischen den Schichten der PCB vermieden werden.
Ferner ist es denkbar, dass das Randelement zumindest abschnittsweise beabstandet zu der Leiterplatte an der Funktionsvorrichtung anordenbar und/oder befestigbar ist. Auf diese Weise kann mithilfe des Randelementes gezielt die Richtung bestimmt werden, aus welcher der Wassereinfluss unterbunden werden soll. Insbesondere im Randbereich des Sensorelementes kann dies von Vorteil sein, um zu verhindern, dass über leitende Teilen des Fahrzeuges und über einen Regentropfen ungewollt Ladung zur Sensorelektrode fließt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Sensorelement aufzuladen und/oder zu entladen. Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit dazu ausgeführt sein, ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes zu bestimmen. Ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes können/kann für die Betätigungshandlung, vorzugsweise eine Annäherung und/oder eine Berührung, des Benutzers an der Funktionsvorrichtung und/oder eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, spezifisch sein. Auf diese Weise kann eine kapazitive Messung mit einer Sensorelektrode ermöglicht werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Vergleichskapazität aufweist, die dazu ausgeführt ist, die Ladung des Sensorelementes aufzunehmen, um ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes zu bestimmen. Auf diese Weise kann eine einfache und verlässliche Steuerelektronik bereitgestellt werden, um ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes zu bestimmen.
Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweisen, die dazu ausgeführt ist, das Sensorelement mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen. Insbesondere können/kann ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes für die Betätigungshandlung, vorzugsweise eine Annäherung und/oder eine Berührung, des Benutzers an der Funktionsvorrichtung und/oder eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, spezifisch sein. Auf diese Weise kann eine einfache und zuverlässige Messmethode bereitgestellt werden, um ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes zu bestimmen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem, insbesondere ausschließlich einem, Detektionssignal des Sensorelementes zu erfassen. Hierzu kann insbesondere eine Form des Detektionssignals des Sensorelementes ausgewertet werden. Da ein Wassertropfen eine langsame Lastverschiebung bewirkt, kann ein Detektionssignal mit einer langsam abfallenden und/oder steigenden Flanke ein Zeichen für ein Wassertropfen sein. Im Gegensatz dazu verursacht eine Fingerberührung nahezu keinen Spannungsabfall, sodass eine steil abfallende und/oder steigende Flanke bei dem Detektionssignal zu erkennen ist. Auf diese Weise kann bereits anhand von nur einem Detektionssignal des Sensorelementes bestimmt werden, ob das Sensorelement ein Wassertropfen oder einen menschlichen Finger sensiert.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Detektionssignalen des Sensorelementes zu erfassen. Dabei können insbesondere die Amplituden der Detektionssignale des Sensorelementes verglichen werden, vorzugsweise wenn die Detektionssignale verschiedene Spannungs-Pulsabfolgen mit unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen und/oder unterschiedlich hohen Spannungen aufweisen. Somit kann der Effekt ausgenutzt werden, dass ein Regentropfen eine langsame Lastverschiebung bewirkt und einen messbaren Spannungsabfall, bspw. im Bereich von einigen mV bis einigen V, bewirkt, sodass der Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls in den Detektionssignalen erkennbar groß ist. Korrespondierende Spannungs-Pulsabfolgen können dabei jeweils einen Punkt bei dem entsprechenden Detektionssignal bilden, der nun höher oder tiefer ausfällt.
Zudem kann die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweisen, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem, insbesondere ausschließlich einem, Spannungs-Puls des Sensorelementes des Sensorelementes zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einer Transienten, insbesondere einer Steigung, des Spannungs-Pulses des Sensorelementes. Beispielsweise können zwei Zeitpunkte zum Ablesen von Spannung bestimmt werden, um die Transiente zu bestimmen. Zudem kann die Transiente aus dem gesamten Spannungs-Puls bestimmt werden. Auf diese Weise kann eine schnelle und zuverlässige Regendetektion ermöglicht werden. Außerdem kann die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweisen, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Spannungs-Pulsen des Sensorelementes zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einem Vergleich der Amplituden der Spannungs-Pulse des Sensorelementes, vorzugsweise wenn die Spannungs-Pulse unterschiedliche Längen aufweisen. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Regendetektion ermöglicht werden. Unterschiedlich lange Pulse bewirken unterschiedlich große Lastverschiebung. Der Spannungsabfall kann dabei in einem messbaren Bereich liegen, bspw. im Bereich von einigen mV bis einigen V, sodass der Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls erkennbar groß ist. Eine solche Regenerkennung ist schnell. Dabei reichen zwei Spannungs-Pulse, um eine zuverlässige Regendetektion zu ermöglichen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Spannungs-Pulsabfolgen des Sensorelementes zu erfassen. Dabei können insbesondere die Amplituden der Spannungs-Pulsabfolgen des Sensorelementes verglichen werden, vorzugsweise wenn die Spannungs-Pulsabfolgen unterschiedliche Puls/Pausen- Verhältnisse aufweisen. Unterschiedliche lange Pulse bewirken unterschiedlich große Lastverschiebung. Der Spannungsabfall kann dabei in einem messbaren Bereich liegen, bspw. im Bereich von einigen mV bis einigen V, sodass der Unterschied zwischen einer Spannungs-Pulsabfolge mit einem kurzen und einer Spannungs-Pulsabfolge mit einem langen Messimpuls seitlich erkennbar ist. Eine solche Regenerkennung ist schnell und zuverlässig. Dabei reichen zwei Punkte bei den Spannungs-Pulsabfolgen, um eine zuverlässige Regendetektion zu ermöglichen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Abschirmelement mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen. Auf diese Weise können erweiterte Funktionen bei dem Abschirmelement bereitgestellt werden. Das Abschirmelement kann somit gezielt zu- oder abgeschaltet werden. Einfachheitshalber kann die Steuereinheit dazu ausgeführt sein, das Abschirmelement an ein Grundpotential anzuschließen.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweisen, die dazu ausgeführt ist, das Abschirmelement mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen. Mithilfe des Abschirmelementes kann die Sensorvorrichtung unterschiedliche Funktionalitäten und/oder unterschiedliche Verfahren zum Erkennen von Feuchtigkeit bereitstellen. Denkbar ist weiterhin, dass die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Sensorelement und die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Abschirmelement auf einander abgestimmt werden und/oder korrespondierend sind. Vorzugsweise können die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Sensorelement und die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Abschirmelement mit einem zeitlichen Versatz und/oder phasenverschoben durchgeführt werden. Auf diese vorteilhafte Weise kann ein messbarer Einfluss auf eine Transiente der Spannungs-Pulse am Sensorelement erzeugt werden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um mindestens eine oder mehrere unterschiedliche Funktion(en) im Hinblick auf die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement bereitzustellen. Auf diese Weise können verbesserte Effekte durch das Randelement erzielt werden. Auf diese Weise kann das Randelement mithilfe einer Feldsteuerung angesteuert werden, um unterschiedliche Funktionen bereitzustellen (gezielte Regenunterdrückung und/oder verstärkte Regendetektion).
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement zu reduzieren. Auf diese Weise kann das Detektionssignal des Sensorelementes von den Umgebungseinflüssen auf das Sensorelement gezielt bereinigt werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement zu verstärken, um insbesondere eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen. Auf diese Weise kann eine verstärkte Regendetektion bei der Sensorvorrichtung ermöglicht werden.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen. Auf diese Weise kann eine Feldsteuerung des Randelementes und weiterhin eine abgestimmte Ansteuerung des Sensorelementes und des Randelementes ermöglicht werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement und das Sensorelement synchron und/oder mitläufig mit einer gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannung(en) und/oder gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs- Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement zu reduzieren. Auf diese Weise können die Unterschiede zwischen einer Detektion eines Wassertropfens und einer Detektion eines menschlichen Fingers vergrößert und/oder das Sensorsignal bereinigt werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Steuerelektronik aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement und das Sensorelement asynchron und/oder gegenläufig mit einer gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannung(en) und/oder gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement zu verstärken, um insbesondere eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen. Auf diese Weise kann die Wirkung des Wassers auf das Sensorelement verstärkt werden, sodass eine einfach, schnelle und zuverlässige Regenerkennung bei der Sensorvorrichtung bereitgestellt werden kann.
Unterschiedliche Überprüfungsverfahren zum Erkennen einer Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, können mithilfe einer Ansteuerung eines Sensorelementes, eines Abschirmelementes und/oder eines Randelementes jeweils einzeln oder in einer Kombination bereitgestellt werden.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass unterschiedliche Überprüfungsverfahren zum Erkennen einer Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, jeweils einzelnen oder in einer Kombination durchgeführt werden.
Denkbar ist weiterhin, dass mindestens ein Überprüfungsverfahren ein erstes Anzeichen für eine Beaufschlagung einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, liefern kann. Daraufhin kann/können mindestens ein weiteres Überprüfungsverfahren oder mehrere weitere Überprüfungsverfahren durchgeführt werden, um die Erkennung zu bestätigen. Auf diese Weise kann ein Multi- Überprüfungsverfahren bereitgestellt werden.
Ferner ist es denkbar, dass das Randelement eine 3D-Form aufweist. Auf diese Weise kann das Randelement mit unterschiedlichen Abschnitten ausgebildet werden, die verschiedene funktionale Komponenten bei der Sensorvorrichtung vor den Umgebungseinflüssen schützen können.
Weiterhin ist es denkbar, dass das Randelement zumindest abschnittsweise rahmenförmig ausgeführt ist. Auf diese Weise kann das Randelement insbesondere die schmalen Längsseiten des Sensorelements umranden und einen Seitenbereich des Sensorelementes von Umgebungseinflüssen schützen.
Des Weiteren ist es denkbar, dass das Randelement aus einem, insbesondere planaren, Metallblech ausgeführt ist, vorzugsweise durch Stanzen und Verbiegen des Metallbleches. Auf diese Weise kann ein einfaches und kostengünstiges Randelement bereitgestellt werden.
Zudem ist es denkbar, dass das Randelement mindestens ein, insbesondere zwei, Schenkel zum Anpassen von Umgebungseinflüssen auf mindestens einen Seitenbereich des Sensorelementes aufweist. Auf diese Weise können die Umgebungseinflüsse auf das Sensorelement zuverlässig reduziert werden, die bewirken, dass über das Wasser Ladung vom Sensorelement zu leitenden Teilen des Fahrzeuges fließt.
Zudem ist es denkbar, dass das Randelement mindestens einen, insbesondere zwei, Schildabschnitte zum Abschirmen einer Steuerelektronik der Steuereinheit aufweist. Auf diese Weise kann das Randelement eine weitere vorteilhafte Funktion erfüllen, um die Steuerelektronik vor Einflüssen durch elektromagnetische Felder und/oder unerwünschte kapazitive Kopplungen zu schützen.
Zum Bereitstellen von vorteilhaften Abschnitten des Randelementes, wie der Schenkel und/oder der Schildabschnitte, kann das Randelement zumindest abschnittsweise außerhalb der Leiterplatte der Steuereinheit, insbesondere an der Funktionsvorrichtung, anordenbar sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Randelement als ein Befestigungselement und/oder Positionierungselement und/oder Abstandselement für die Steuereinheit an der Funktionsvorrichtung ausgeführt ist. Ferner kann das Randelement mindestens einen oder mehrere, insbesondere abgewinkelte, Befestigungsabschnitte aufweisen, die dazu ausgeführt sind, die Steuereinheit an der Funktionsvorrichtung zu befestigen und/oder zu positionieren und/oder auf Abstand zu einer Außenfläche der Funktionsvorrichtung anzuordnen. Auf diese Weise kann das Randelement im Hinblick auf die Montage der Sensorvorrichtung weitere Vorteile entfalten.
Ferner ist es denkbar, dass das Randelement mindestens einen, insbesondere mehrere, Schildabschnitte zum Abschirmen einer Kommunikationseinheit, insbesondere einer NFC- Einheit, der Steuereinheit aufweist. Dabei kann das Randelement zumindest abschnittsweise innerhalb einer Leiterplatte der Steuereinheit integriert sein. Eine NFC-Spule hat im Schnitt zwei Sensorabschnitte, die symmetrisch von Randelementabschnitten umgeben sein können, die wiederum versetzt und/oder beabstandet zu den Sensorabschnitten der NFC- Spule angeordnet sein können. Auf diese Weise kann eine direkte Kappa-Einkopplung in die NFC-Spule verhindert werden. Außerdem können dadurch die Dickenunterschiede zwischen den Schichten der PCB ausgeglichen werden. Ferner können somit Verstimmungen zwischen den Schichten der PCB vermieden werden.
Weiterhin stellt die Erfindung bereit: eine Funktionsvorrichtung, insbesondere in der Form eines Türgriffes, für ein Fahrzeug, mit einer Sensorvorrichtung, welche wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Mithilfe der Funktionsvorrichtung können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben in Verbindung mit der Sensorvorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend ausführlich Bezug genommen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigt:
Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung einer Sensorvorrichtung,
Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung einer Sensorvorrichtung im Rahmen der vorliegenden Offenbarung,
Fig. 3 eine beispielhafte Darstellung einer Sensorvorrichtung im Rahmen der vorliegenden Offenbarung,
Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung einer Sensorvorrichtung im Rahmen der vorliegenden Offenbarung,
Fig. 5 eine beispielhafte Darstellung von Spannungs-Pulsabfolgen beim Entladen eines Sensorelementes bei einem Wasserstropfen,
Fig. 6 eine beispielhafte Darstellung von Spannungs-Pulsabfolgen beim Entladen eines Sensorelementes bei einem menschlichen Finger, Fig. 7 eine beispielhafte Darstellung von Detektionssignalen eines Sensorelementes beim Entladen eines Sensorelementes, links bei einem Wasserstropfen und rechts bei einem menschlichen Finger,
Fig. 8 eine beispielhafte Darstellung von Spannungs-Pulsabfolgen beim Entladen eines Sensorelementes bei einem Wasserstropfen, oben: ohne eine Ansteuerung des Randelementes, mittig: mit einer mitläufigen Ansteuerung des Randelementes zum Reduzieren des Feuchtigkeitseinflusses und untern: mit einer gegenläufigen Ansteuerung des Randelementes zum Verstärken des Feuchtigkeitseinflusses,
Fig. 9 eine beispielhafte Darstellung einer Sensorvorrichtung mit einem möglichen Randelement,
Fig. 10 eine beispielhafte Darstellung einer Sensorvorrichtung mit einem möglichen Randelement, und
Fig. 11 eine beispielhafte Darstellung einer Sensorvorrichtung mit einem möglichen Randelement.
Die Figuren 2 bis 4 und 9 bis 11 zeigen eine Sensorvorrichtung 100 für eine Funktionsvorrichtung 101, insbesondere in der Form eines Türgriffes, eines Fahrzeuges F, aufweisend: mindestens ein Sensorelement 10 zum Erfassen einer Betätigungshandlung, bspw. in Form einer Annäherung und/oder einer Berührung, eines Benutzers an der Funktionsvorrichtung 101, wobei vorzugsweise das mindestens eine Sensorelement 10 mindestens eine, bevorzugt kapazitive, Sensorelektrode aufweist und/oder bildet, eine Steuereinheit 20 zum Ansteuern (bspw. Laden und Entladen) und/oder zum Auslesen des Sensorelementes 10 (bspw. durch analoges und/oder digitales Verarbeiten von Sensorsignalen und/oder Auswerten der Ergebnisse der Verarbeitung).
Darüber hinaus kann die Sensorvorrichtung 100 folgende Elemente aufweisen: ein Abschirmelement 11 zum Ausrichten eines Detektionsbereiches des Sensorelementes 10, wobei die Steuereinheit 20 zum Ansteuern (bspw. Laden und Entladen) und/oder zum Auslesen des Abschirmelementes 11 ausgebildet sein kann, wobei vorzugsweise das Abschirmelement 11 mindestens eine, insbesondere flächige, Schirmelektrode aufweist und/oder bildet, und/oder ein Randelement 12 zum Anpassen von Umgebungseinflüssen (insbesondre durch Feuchtigkeit) auf das Sensorelement 10, wobei die Steuereinheit 20 zum Ansteuern (bspw. Laden und Entladen) und/oder zum Auslesen des Randelementes 12 ausgebildet sein kann, wobei insbesondere das Randelement 12 separat zum Abschirmelement 11 ausgebildet und/oder beabstandet zum Abschirmelement 11 angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Randelement 12 mindestens eine, insbesondere kapazitive, vorzugsweise flächige, Elektrode aufweist und/oder bildet.
Wie es Fig. 4 andeutet, kann die Funktionsvorrichtung 101 bspw. in Form eines Türgriffes des Fahrzeuges F ausgebildet sein, welches z. B. ausfahrbar oder feststehend ausgeführt sein kann.
Wie es Fig. 9 bis 11 andeuten, kann die Funktionsvorrichtung 101 in Form eines Moduls oder Chips ausgeführt sein, welches bzw. welcher an unterschiedlichen Positionen am oder im Fahrzeug F angeordnet sein kann, um ein bewegliches Teil des Fahrzeuges F zu betätigen. Das Betätigen kann Verriegeln, Entriegeln, Öffnen und/oder Schließen des beweglichen Teils des Fahrzeuges F umfassen. Dabei ist es denkbar, dass die Funktionsvorrichtung 101 am (bspw. am Türgriff) oder neben (bspw. an einer B-Säule) dem zu betätigenden beweglichen Teil des Fahrzeuges F angeordnet sein kann. Als bewegliches Teil ist dabei eine Tür, eine Heckklappe, eine Tankklappe, eine Ladeklappe, ein aufklappbarer Spiegel, ein Schiebedach, eine Fensterscheibe, o. Ä. denkbar.
Die Sensorvorrichtung 100 kann eine komfortable Betätigung des beweglichen Teils des Fahrzeuges F ermöglichen. Die Betätigung kann vorteilhafterweise einen bestimmten Betätigungsablauf erfordern, welcher durch das mindestens eine Sensorelement 10 erfasst werden kann. Zunächst kann bei einem bestimmten Betätigungsablauf eine Präsenz bzw. eine Annäherung des Benutzers B an der Funktionsvorrichtung 101 durch das Sensorelement 10 detektiert werden. Anschließend kann eine Authentifizierung des Benutzers B eingeleitet werden, zu überprüfen, ob der Benutzer B berechtigt ist, das bewegliche Teil zu betätigen und/oder einen Zugang zum Fahrzeug F zu erlangen. Daraufhin kann bei einem bestimmten Betätigungsablauf eine Berührung des Benutzers B an einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 durch das Sensorelement 10 detektiert werden. Erst wenn der bestimmte Betätigungsablauf durch das mindestens eine Sensorelement 10 erfasst wurde, kann die Steuereinheit 20 ein Signal generieren, gemäß welchem das bewegliche Teil betätigt wird.
Wie es Fig. 9 bis 11 andeuten, kann die Sensorvorrichtung 100 ein oder mehrere Sensorelemente 10 aufweisen. Unterschiedliche Sensorelemente 10 können für unterschiedliche Betätigungsfunktionen bzw. -Arten ausgelegt sein, wie z. B. entriegeln und ggf. öffnen oder verriegeln des beweglichen Teils des Fahrzeuges F. Unterschiedliche Betätigungsfunktionen können unterschiedliche Betätigungsabläufe vorsehen. Unterschiedliche Sensorelemente 10 können vorzugsweise unterschiedliche Detektionsbereiche aufweisen.
Ferner deuten Fig. 9 bis 11 an, dass unterschiedliche Sensorelemente 10 ein (gemeinsames, bspw. planares) Abschirmelement 11 und/oder ein (gemeinsames, bspw. 3D-förmiges) Randelement 12 aufweisen können.
Bei einem Türgriff können bspw. zwei Sensorelemente 10 vorgesehen sein. Ein erstes Sensorelement 10 kann bspw. einen Detektionsbereich aufweisen, welcher nach außen weg vom Fahrzeug F ausgerichtet ist, um eine Annährung eines Benutzers B in den Detektionsbereich und anschließend eine Berührung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 zu erfassen. Das erste Sensorelement kann bspw. zum Entriegeln und ggf. einem unmittelbaren Öffnen des beweglichen Teils dienen, je nachdem, ob der Türgriff beweglich und feststehend ist. Ein zweites Sensorelement 10 kann bspw. einen Detektionsbereich aufweisen, welcher nach innen zum Fahrzeug F, insbesondere in eine Griffmulde ausgerichtet ist, um ein Hintergreifen des Türgriffes zu erfassen, bspw. beim Schließen der Fahrzeugtür. Das zweite Sensorelement 10 kann bspw. zum Verriegeln des beweglichen Teils dienen. Dieses Beispiel ist schematisch in den Fig. 1 bis 4 und 9 bis 11 gezeigt. Wie es Fig. 9 bis 11 zeigen, kann ein, insbesondere planares, Abschirmelement 11 für beide Sensorelemente 10 vorgesehen sein und den Detektionsbereich des ersten Sensorelementes 10 von dem Detektionsbereich des zweiten Sensorelementes 10 trennen bzw. einerseits nach außen weg vom Fahrzeug F und andererseits nach innen zum Fahrzeug F, insbesondere in eine Griffmulde, auszurichten.
Wie es Fig. 9 bis 11 zeigen, kann ein, insbesondere 3D-förmiges, Randelement 12 für beide Sensorelemente vorgesehen sein. Wie es Fig. 5 bis 8 verdeutlichen, ist das Randelement 12 dazu ausgebildet, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement 10 gemäß der gewünschten Funktion F1, F2 (Reduktion des Feuchtigkeitseinflusses zwecks Bereinigung des Sensorsignals F1 und/oder Verstärken des Feuchtigkeitseinflusses zwecks Feuchtigkeit- bzw. Regendetektion F2) entsprechend zu steuern. Wie es Fig. 8 zudem andeutet, kann das Randelement 12 mithilfe der Steuereinheit 20, bevorzugt mittels einer Feldsteuerung, angesteuert werden, um den Feuchtigkeitseinfluss gezielt zu reduzieren (Funktion F1, vgl. die mittlere Grafik in Fig. 8) oder zu verstärken (Funktion F2, vgl. die untere Grafik in Fig. 8).
Wie es Fig. 1 verdeutlicht, reagieren Sensorvorrichtungen 100, insbesondere kapazitive Sensorvorrichtungen, sensibel auf die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit. Eine hohe Feuchtigkeit in der Umgebungsluft kann eine unerwünschte Detektion am Sensorelement auslösen. Feuchtigkeitsschwankungen können die Sensorfunktionen ebenfalls beeinträchtigen.
Wie es Fig. 1 weiterhin verdeutlicht, reagiert die Sensorvorrichtung 100 auf Feuchtigkeit, wie z. B. auf einen Wassertropfen W an einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 , der zumeist schlecht leitend ist (Widerstand Rw), und auf einen Benutzer B, wie z. B. einen menschlichen Finger, der die Außenfläche der Funktionsvorrichtung berührt und der zumeist gut leitend ist (Widerstand RB), anders.
Diesen Unterschied in der Reaktion der Sensorvorrichtung 100 nutzt die Erfindung, um unterschiedliche Funktionen bei der Sensorvorrichtung 100 zu ermöglichen, wie es Fig. 5 bis 8 verdeutlichen. Dabei sind folgende Funktionen denkbar: eine Funktion F2 (vgl. die untere Grafik in Fig. 8), um das Wasser, bspw. in Form von Regen, zu detektieren (bzw. Regendetektion), eine andere Funktion F1 (vgl. die obere und mittlere Grafik in Fig. 8), um die Erfassung einer Betätigungshandlung, insbesondere einer Berührung, des Benutzers B an einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 von Feuchtigkeitseinflüssen zu bereinigen (vgl. mittlere Grafik in Fig. 8), und/oder um den Unterschied zwischen der Erfassung einer Betätigungshandlung, insbesondere einer Berührung, des Benutzers B und der Erfassung einer Feuchtigkeitsbeaufschlagung an einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 (zumindest) zu vergrößern (vgl. obere Grafik in Fig. 8 sowie Fig. 5 bis 7).
Gemäß der Erfindung werden vor allem die Unterschiede zwischen dem menschlichen Körper eines Benutzers B und einem Wassertropfen W genutzt.
Ein menschlicher Körper eines Benutzers B ist aufgrund seiner Abmessungen gut geerdet. Sein elektrisches Potential wird durch eine lokale Beeinflussung in Körpernähe nicht merklich verändert. Im Gegensatz dazu verändert ein Regentropfen bzw. Wassertropfen W, insbesondere umfassend Schmutzwasser o. Ä, sein elektrisches Potential je nach den örtlichen Gegebenheiten.
Ein zweiter Unterschied zwischen einem Wassertropfen W und einem menschlichen Körper eines Benutzers B ist der Widerstand des Materials. Die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers ist größer als 50000pS/cm, während die Leitfähigkeit von extrem klarem Wasser nur 0,05 pS/cm beträgt.
Kombiniert mit der Form des Wassertropfens W im Gegensatz zum menschlichen Körper, ist der resultierende Widerstand RB eines menschlichen Körpers signifikant niedriger als der Widerstand Rw des Wassertropfens W.
Wie es Fig. 5, insbesondere im Vergleich zur Fig. 6, und Fig. 8 verdeutlichen, kann mit einer Abfolge von Spannungs-Pulsen (oder einem einzigen Spannungs-Puls, vorzugsweise einer beliebigen Frequenz) die Kapazität so gemessen werden, dass sie weniger empfindlich gegen Regen (Fig. 5 bis 7 und Fig. 8 oben), nahezu unempfindlich gegen Regen (Fig. 8 mittig) oder absichtlich extrem empfindlich gegen Regen (Fig. 8 unten) ist. Dabei können mehrere Spannungs-Pulse oder nur ein Spannungs-Puls erforderlich sein, um eine Regenunterdrückung und/oder Regendetektion zu ermöglichen. Die Pulse können eine einzige Frequenz oder eine Mischung von Frequenzen aufweisen. Eine Kombination an Spannungs-Puls-Abfolgen und Frequenzen ist ebenfalls denkbar.
Die Sensorvorrichtung 100 kann so betrieben werden, dass das Sensorelement 10 zunächst gemäß der äußeren Kapazität aufgeladen. Die Ladung an der kapazitiven Sensorelektrode 10 kann positiv oder negativ sein. Diese Ladung wird anschließend vermessen, bspw. durch ein Entladen des Sensorelementes 10 und eine Messung der Entladezeit.
In Abhängigkeit von der äußeren Kapazität ist die Höhe der Ladung, die auf dem Sensorelement 10 aufgeladen werden kann, unterschiedlich. Diese Differenz (verdeutlicht als AU in den Fig. 5, 6 und 8 und A1-A2 in Fig. 7) wird nun gemäß der Erfindung ausgewertet.
Fig. 5 und 6 zeigen oben lange Entladepulse und unten kurze Entladepulse. Um das Sensorelement zu entladen, wird das Sensorelement 10 an eine Vergleichskapazität Load angeschlossen.
In Fig. 8 sind gleich lange Entladepulse gezeigt. In der mittleren und der unteren Grafik in Fig. 8 wird das Randelement 12 zusätzlich angesteuert, um die Funktion F1 (Reduktion des Feuchtigkeitseinflusses) oder Funktion F2 (Verstärkung des Feuchtigkeitseinflusses) bereitzustellen, auf die im Nachfolgenden noch im Detail Bezug genommen wird.
Wie es Fig. 6 zeigt, beeinträchtigt das Wasser die Erfassung einer Berührung des Benutzers B nicht wesentlich, auch wenn sich ein Regentropfen oder Wasser in der Nähe der Sensorelektrode befindet. Verursacht ein menschlicher Körper eine Kapazität an der Sensorelektrode, so ist nahezu kein Widerstand beteiligt. Das hat zur Folge, dass am Innenwiderstand des Fingers bei einer Berührung kaum ein Spannungsabfall auftritt und die Last relativ schnell vollständig verlagert wird.
Wie es Fig. 5 zeigt (vgl. auch Fig. 1), kann in Abwesenheit des Benutzers B über einen Wassertropfen W ungewollt Ladung zur Sensorelektrode fließen. Das Sensorelement 10 kann dadurch ebenfalls eine Erfassung durchführen, allerdings wesentlich langsamer als eine Erfassung einer Berührung durch den Benutzer (vgl. die untere Grafik in Fig. 5). Wenn ein Regentropfen bzw. Wassertropfen W eine andere Kapazität an der Sensorelektrode 10 verursacht, ist ein großer Innenwiderstand beteiligt. Die Last wird langsamer verschoben und es gibt einen Spannungsabfall AU am Innenwiderstand.
In Fig. 5 kann ein Spannungsabfall AU von ung. 46 mV (oben erfolgt die Detektion bei ung. 71,89 mV, unten erfolgt die Detektion bei ung. 25,55 mv) erkannt werden.
Um das Sensorelement 10 unter Wassereinfluss schneller aufzuladen, könnten die Spannungs-Pulse entweder länger dauern und/oder die Höhe der Spannung U könnte vergrößert werden.
Wenn ein Finger eine Kapazitätsänderung verursacht, ist kein großer Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls zu erkennen (vgl. Fig. 6).
Verursacht ein Wassertropfen W eine Kapazitätsänderung, so ist der Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls groß (vgl. den Spannungsabfall AU von ung. 46 mV in Fig. 5).
Das Detektionssignal S1 oder S2 unterscheidet sich somit bei einer Erfassung des Benutzers B (rechts in Fig. 7) und einer Erfassung des Wasserstropfens W (links in Fig. 7).
Wie es Fig. 7 verdeutlicht (oben langsame Entladepulse, unten schnelle Entladepulse), kann das Sensorelement 10 bei schnellen Entladepulsen nicht so schnell entladen werden wie bei langsamen Entladepulsen. Das Detektionssignal S1 oben weist eine höhere Amplitude als das Detektionssignal S2 unten.
Auf diese Weise kann ein Wasserstropfen W erkannt werden, insbesondere wenn zwei Detektionssignale S1 und S2 mit unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen verglichen werden.
Dagegen ist bei der Detektion eines Benutzers rechts in Fig. 7 nahe kein Unterschied zwischen den Amplituden der Detektionssignale S1 und S2 zu erkennen.
Aber auch bereits anhand von nur einem Detektionssignal S1 oder S2 kann ein Wasserstropfen W erkannt werden. Wie es Fig. 7 andeutet, sind die Flanken der Detektionssignale S1, S2 links relativ flach abfallend. Dagegen sind die Flanken der Detektionssignale S1 , S2 rechts relativ steil abfallend.
Somit kann ein Detektionssignal S1 oder S2 durch seine Form auf ein Wasserstropfen W (flach steigend und/oder abfallend) oder auf einen Benutzer B (steil steigend und/oder abfallend).
Wie es Fig. 4 und 9 bis 11 andeuten, kann die Steuereinheit 20 mindestens eine Leiterplatte 21 aufweisen. Vorteilhafterweise kann das Sensorelement 10 an der Leiterplatte 21 angeordnet und/oder befestigt sein. Vorzugsweise kann das Abschirmelement 11 an der Leiterplatte 21 angeordnet und/oder befestigt sein.
Darüber hinaus kann das Randelement 12 zumindest abschnittsweise an der Leiterplatte 21 angeordnet und/oder befestigt sein (vgl. Fig. 11). Auf diese Weise kann das Randelement 12 zum Abschirmen einer Kommunikationseinheit 23, insbesondere einer NFC-Einheit, dienen. Dabei kann das Randelement 12 mit mehreren Abschnitten versetzt und/oder beabstandet zu NFC-Spule eingesetzt werden, um einen direkte Kappa-Einkopplung in die NFC-Spule zu verhindern. Die NFC-Spule hat im Schnitt zwei Sensorabschnitte, die symmetrisch von Schildabschnitten12e, 12f, 12g umgeben werden können. Auch können dadurch die Dickenunterschiede zwischen den Schichten der PCB ausgeglichen werden.
Ferner kann das Randelement 12 zumindest abschnittsweise beabstandet zu der Leiterplatte 21 an der Funktionsvorrichtung 101 anordenbar und/oder befestigbar sein (vgl. Fig. 2 bis 4 sowie 9 und 10). Auf diese Weise kann mithilfe des Randelementes 12 gezielt die Richtung bestimmt werden, aus welcher der Wassereinfluss unterbunden werden soll. Insbesondere im Seitenbereich 10s des SensorelementeslO kann dies von Vorteil sein, um zu verhindern, dass über leitende Teilen des Fahrzeuges F und über einen Wassertropfen W ungewollt Ladung zur Sensorelektrode fließt, wie es Fig. 1 und 3 andeuten.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen, die dazu ausgeführt ist, das Sensorelement 10 aufzuladen und/oder zu entladen. Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit 20 dazu ausgeführt sein, ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement 10 zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes 10 zu bestimmen. Ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement 10 und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes 10 können/kann für die Betätigungshandlung, vorzugsweise eine Annäherung und/oder eine Berührung, des Benutzers an der Funktionsvorrichtung 101 spezifisch sein.
Wie es Fig. 4 zeigt, kann die Steuereinheit 20 eine Vergleichskapazität Load aufweisen, die dazu ausgeführt ist, die Ladung des Sensorelementes 10 aufzunehmen, um ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement 10 zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes 10 zu bestimmen.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen, die dazu ausgeführt ist, das Sensorelement 10 mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen, wie es Fig. 5, 6 und 8 zeigen. Insbesondere kann ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement 10 und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes 10 für die Betätigungshandlung, vorzugsweise eine Annäherung und/oder eine Berührung, des Benutzers an der Funktionsvorrichtung 100 und/oder eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 100 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, spezifisch sein.
Ferner kann die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem, insbesondere ausschließlich einem, Detektionssignal S1 des Sensorelementes 10 zu erfassen, wie es Fig. 7 andeutet. Hierzu kann insbesondere eine Form des Detektionssignals S1 des Sensorelementes 10 ausgewertet werden. Da ein Wassertropfen W eine langsame Lastverschiebung bewirkt, kann ein Detektionssignal S1, S2 mit einer langsam abfallenden Flanke ein Zeichen für ein Wassertropfen W sein (vgl. links in Fig. 7). Im Gegensatz dazu verursacht eine Fingerberührung nahezu keinen Spannungsabfall, sodass eine stark abfallende Flanke bei dem Detektionssignal S1, S2 zu erkennen ist (vgl. rechts in Fig. 7). Auf diese Weise kann bereits anhand von nur einem Detektionssignal S1 des Sensorelementes 10 bestimmt werden, ob das Sensorelement ein Wassertropfen W oder einen menschlichen Finger sensiert. Weiterhin kann die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Detektionssignalen S1, S2 des Sensorelementes 10 zu erfassen. Dabei können insbesondere die Amplituden A1, A2 der Detektionssignale S1, S2 des Sensorelementes 10 verglichen werden, vorzugsweise wenn die Detektionssignale S1, S2 verschiedene Spannungs-Pulsabfolgen mit unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen und/oder unterschiedlich hohen Spannungen aufweisen.
Zudem deuten Fig. 5, 6 und 8 an, dass die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen kann, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem, insbesondere ausschließlich einem, Spannungs-Puls des Sensorelementes 10 des Sensorelementes 10 zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einer Transienten, insbesondere einer Steigung, des Spannungs-Pulses des Sensorelementes 10. Beispielsweise können zwei Zeitpunkte auf der x-Achse zum Ablesen von Spannung U10 am Sensorelement 10 bestimmt werden, um die Transiente des Spannungs-Pulses zu bestimmen. Zudem kann die Transiente aus dem gesamten Spannungs-Puls berechnet werden. Auf diese Weise kann eine schnelle und zuverlässige Regendetektion ermöglicht werden.
Außerdem deuten Fig. 5, 6 und 8 an, dass die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen kann, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Spannungs-Pulsen des Sensorelementes 10 zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einem Vergleich der Amplituden der Spannungs-Pulse des Sensorelementes 10, vorzugsweise wenn die Spannungs-Pulse unterschiedliche Längen aufweisen. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Regendetektion ermöglicht werden. Unterschiedliche lange Pulse bewirken unterschiedlich große Lastverschiebung, wie es Fig. 5 links im Vergleich zwischen einer oberen und einer unteren Grafik zeigt. Der Spannungsabfall kann dabei in einem messbaren Bereich liegen, bspw. im Bereich von einigen mV bis einigen V, sodass der Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls erkennbar groß ist. Eine solche Regenerkennung ist schnell. Dabei reichen zwei Spannungs-Pulse, um eine zuverlässige Regendetektion zu ermöglichen. Des Weiteren deuten Fig. 5, 6 und 8 an, dass die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen kann, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Spannungs-Pulsabfolgen des Sensorelementes 10 zu erfassen. Dabei können insbesondere die Amplituden der Spannungs-Pulsabfolgen des Sensorelementes 10 verglichen werden, vorzugsweise wenn die Spannungs-Pulsabfolgen unterschiedliche Puls/Pausen-Verhältnisse aufweisen. Unterschiedlich lange Pulse bewirken unterschiedliche Lastverschiebung, wie es Fig. 5 links im Vergleich zwischen einer oberen und einer unteren Grafik zeigt. Der Spannungsabfall AU kann dabei in einem messbaren Bereich liegen, bspw. im Bereich von einigen mV bis einigen V, sodass der Unterschied zwischen einem kurzen und einem langen Messimpuls erkennbar groß ist. Eine solche Regenerkennung ist sehr schnell. Dabei reichen zwei Punkte bei den Spannungs-Pulsabfolgen, um eine zuverlässige Regendetektion zu ermöglichen.
Ferner kann die Steuerelektronik 22 dazu ausgeführt sein, das Abschirmelement 11 mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen. Das Abschirmelement 11 kann somit gezielt zu- oder abgeschaltet werden. Einfachheitshalber kann die Steuereinheit 20 dazu ausgeführt sein, das Abschirmelement 11 an ein Grundpotential anzuschließen.
Eine in den Figuren lediglich aus Einfachheitsgründen nicht dargestellte Ausführungsform kann vorsehen, dass die Steuerelektronik 22 dazu ausgeführt sein kann, das Abschirmelement 11 mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen. Mithilfe des Abschirmelementes 11 kann die Sensorvorrichtung 100 unterschiedliche Funktionalitäten und/oder unterschiedliche Verfahren zum Erkennen von Feuchtigkeit bereitstellen. Denkbar ist weiterhin, dass die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Sensorelement 10 und die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Abschirmelement 11 auf einander abgestimmt werden und/oder korrespondierend sind. Vorzugsweise können die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Sensorelement 10 und die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Abschirmelement 11 mit einem zeitlichen Versatz und/oder phasenverschoben durchgeführt werden. Auf diese vorteilhafte Weise kann ein messbarer Einfluss auf eine Transiente der Spannungs-Pulse am Sensorelement 10 erzeugt werden.
Weiterhin deutet Fig. 8 an, dass die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen kann, die dazu ausgeführt ist, das Randelement 12 mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um mindestens eine oder mehrere unterschiedliche Funktion(en) F1, F2 im Hinblick auf die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement 10 bereitzustellen. Das Randelement 12 kann dabei mithilfe einer Feldsteuerung angesteuert werden, um unterschiedliche Effekte zu erreichen (gezielte Regenunterdrückung F1 und/oder verstärkte Regendetektion F2).
Wie es Fig. 8 in der Mitte andeutet, kann die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen, die dazu ausgeführt ist, das Randelement 12 und das Sensorelement 10 synchron bzw. mitläufig mit einer gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannung(en) und/oder gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement 10 zu reduzieren.
Wie es Fig. 8 unten andeutet, kann die Steuereinheit 20 eine Steuerelektronik 22 aufweisen, die dazu ausgeführt ist, das Randelement 12 und das Sensorelement 10 asynchron bzw. gegenläufig mit einer gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannung(en) und/oder gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement 10 zu verstärken, um insbesondere eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen. Auf diese Weise kann die Wirkung des Wassers auf das Sensorelement 10 verstärkt werden, sodass eine einfach, schnelle und zuverlässige Regenerkennung bei der Sensorvorrichtung 100 bereitgestellt werden kann.
Unterschiedliche Überprüfungsverfahren zum Erkennen einer Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, können mithilfe einer Ansteuerung eines Sensorelementes 10, eines Abschirmelementes 11 und/oder eines Randelementes 12 jeweils einzelnen oder in einer Kombination bereitgestellt werden.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass unterschiedliche Überprüfungsverfahren zum Erkennen einer Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, jeweils einzelnen oder in einer Kombination durchgeführt werden.
Denkbar ist weiterhin, dass mindestens ein Überprüfungsverfahren (bspw. Transiente eines Spannungs-Pulses am Sensorelement 10 zeigt typische Steigung für ein Wassertropfen) ein erstes Anzeichen für eine Beaufschlagung einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, liefern kann. Daraufhin kann/können mindestens ein weiteres Überprüfungsverfahren (bspw. Vergleich von Amplituden von zwei Spannungs-Pulsen am Sensorelement 10) oder mehrere weitere Überprüfungsverfahren (bspw. mit einer zusätzlichen Ansteuerung des Abschirmelementes 11 und/oder des Randelementes 12) durchgeführt werden, um das erste Anzeichen zu bestätigen. Auf diese Weise kann ein Multi- Überprüfungsverfahren bereitgestellt werden.
Wie es Fig. 9 bis 11 zeigen, kann das Randelement 12 eine 3D-Form aufweisen. Auf diese Weise kann das Randelement 12 unterschiedliche Abschnitte mit erweiterten Funktionen ausbilden, insbesondere um verschiedene funktionale Komponenten 10s, 22, NFC bei der Sensorvorrichtung 100 vor den Umgebungseinflüssen schützen können.
Das Randelement 12 kann aus einem, insbesondere planaren, Metallblech ausgeführt sein, vorzugsweise durch Stanzen und Verbiegen des Metallbleches.
Wie es Fig. 9 und 10 zeigen, kann das Randelement 12 zumindest abschnittsweise rahmenförmig ausgeführt ist. Auf diese Weise kann das Randelement insbesondere die schmalen Längsseiten des Sensorelements umranden und einen Seitenbereich 10s des Sensorelementes 10 von Umgebungseinflüssen schützen.
Wie es Fig. 10 zeigt, kann das Randelement 12 mindestens ein, insbesondere zwei, Schenkel 12a, 12b zum Anpassen von Umgebungseinflüssen auf mindestens einen Seitenbereich 10s des Sensorelementes 10 aufweisen. Auf diese Weise können die Umgebungseinflüsse zuverlässig reduziert werden, die bewirken, dass über den Wassertropfen W Ladung vom Sensorelement zu leitenden Teilen des Fahrzeuges fließt.
Zudem ist es denkbar, dass das Randelement 12 mindestens einen, insbesondere zwei, Schildabschnitte 12c, 12d zum Abschirmen einer Steuerelektronik 22 der Steuereinheit 20 aufweist. Auf diese Weise kann das Randelement 12 eine weitere vorteilhafte Funktion erfüllen, um die Steuerelektronik 22 von Einflüssen durch elektromagnetische Felder und/oder kapazitive Kopplungen zu schützen.
Zum Bereitstellen von vorteilhaften Abschnitten 12a, 12b, 12c, 12d des Randelementes 12, wie der Schenkel 12a, 12b und/oder der Schildabschnitte 12c, 12d, kann das Randelement 12 zumindest abschnittsweise außerhalb der Leiterplatte 21 der Steuereinheit 20, insbesondere an der Funktionsvorrichtung 101 , anordenbar sein.
Weiterhin deuten Fig. 9 und 10 an, dass das Randelement 12 als ein Befestigungselement und/oder Positionierungselement und/oder Abstandselement für die Steuereinheit 20 an der Funktionsvorrichtung 101 ausgeführt sein kann. Hierzu kann das Randelement 12 mindestens einen oder mehrere, insbesondere abgewinkelte, Befestigungsabschnitte 12i, 12h aufweisen, die dazu ausgeführt sind, die Steuereinheit 20 an der Funktionsvorrichtung 101 zu befestigen und/oder zu positionieren und/oder auf Abstand zu einer Außenfläche 102 der Funktionsvorrichtung 101 anzuordnen. Auf diese Weise kann das Randelement 12 im Hinblick auf die Montage der Sensorvorrichtung 100 an der Funktionsvorrichtung 101 weitere Vorteile entfalten.
Ferner deutet Fig. 11 an, dass das Randelement 12 mindestens einen, insbesondere mehrere, Schildabschnitte 12e, 12f, 12g zum Abschirmen einer Kommunikationseinheit 23, insbesondere einer NFC-Einheit, der Steuereinheit 20 aufweisen kann. Dabei kann das Randelement 12 zumindest abschnittsweise innerhalb einer Leiterplatte 21 der Steuereinheit 20 integriert sein. Eine NFC-Spule hat im Schnitt zwei Sensorabschnitte, die symmetrisch von Schildabschnitte 12e, 12f, 12g umgeben sein können, die wiederum versetzt und/oder beabstandet zu den Sensorabschnitten der NFC-Spule angeordnet sein können. Auf diese Weise kann eine direkte Kappa-Einkopplung in die NFC-Spule verhindert werden. Außerdem können dadurch die Dickenunterschiede zwischen den Schichten der Leiterplatte 21 ausgeglichen werden. Eine korrespondierende Funktionsvorrichtung 101 , insbesondere in der Form eines Türgriffes, für ein Fahrzeug F, mit mindestens einer Sensorvorrichtung 100, welche wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezuq szei chen l i ste
100 Sensorvorrichtung
10 Sensorelement
10s Seitenbereich
Load Vergleichskapazität
11 Abschirmelement
Randelement
12a, 12b Schenkel
12c, 12d Schildabschnitte
12e, 12f, 12g Schildabschnitte
12h, 12i Befestigungsabschnitte
20 Steuereinheit
21 Leiterplatte
22 Steuerelektronik
23 Kommunikationseinheit
101 Funktionsvorrichtung
102 Außenfläche
B Benutzer
Rb Widerstand vom Benutzer
W Wassertropfen
Rw Widerstand vom Wassertropfen
F Fahrzeug
51 Detektionssignal
A1 Amplitude
52 Detektionssignal
A2 Amplitude I Strom
U Spannung U10 Spannung am Sensorelement
ULoad Spannung an Vergleichskapazität
AU Spannungsabfall

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Sensorvorrichtung (100) für eine Funktionsvorrichtung (101), insbesondere in der Form einer Zugangsvorrichtung, bevorzugt eines Türgriffes, eines Fahrzeuges (F), aufweisend:
- mindestens ein Sensorelement (10), vorzugsweise in der Form einer, bevorzugt kapazitiven, Sensorelektrode, zum Erfassen einer Betätigungshandlung, insbesondere in Form einer Annäherung und/oder einer Berührung, eines Benutzers (B) an der Funktionsvorrichtung (101) und/oder zum Erfassen einer Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen,
- und eine Steuereinheit (20) zum Ansteuern und/oder zum Auslesen des Sensorelementes (10).
2. Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (100) ein Abschirmelement (11) zum Ausrichten eines Detektionsbereiches des Sensorelementes (10) aufweist, wobei die Steuereinheit (20) zum Ansteuern und/oder zum Auslesen des Abschirmelementes (11) ausgebildet ist, und/oder dass die Sensorvorrichtung (100) mindestens ein, insbesondere separat zum Abschirmelement (11) ausgebildetes und/oder beabstandet zum Abschirmelement (11) angeordnetes, Randelement (12) zum Anpassen von Umgebungseinflüssen auf das Sensorelement (10) aufweist, wobei die Steuereinheit (20) zum Ansteuern und/oder zum Auslesen des Randelementes (12) ausgebildet ist.
3. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) mindestens eine, insbesondere kapazitive, Sensorelektrode aufweist und/oder bildet, und/oder dass der Detektionsbereich des Sensorelementes (10) in einer Einbausituation am Fahrzeug (F) im Wesentlichen horizontal ausgebildet ist, und/oder dass der Detektionsbereich des Sensorelementes (10) in einer Einbausituation am Fahrzeug (F) im Wesentlichen vertikal ausgebildet ist, und/oder dass das Sensorelement (10) dazu ausgeführt ist, eine Annährung eines Benutzers (B) in den Detektionsbereich zu erfassen, und/oder dass das Sensorelement (10) dazu ausgeführt ist, eine Berührung des Benutzers (B) an einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) zu erfassen, und/oder dass das Sensorelement (10) dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen.
4. Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (11) mindestens eine, insbesondere kapazitive, vorzugsweise flächige, Schirmelektrode aufweist und/oder bildet, und/oder dass das Randelement (12) mindestens einen, insbesondere kapazitiven, vorzugsweise flächigen, Elektrodenabschnitt aufweist und/oder bildet.
5. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) an der Steuereinheit (20) angeordnet und/oder befestigt ist, und/oder dass das Sensorelement (10) an der Funktionsvorrichtung (101) anordenbar und/oder befestigbar ist.
6. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) mindestens eine Leiterplatte (21) aufweist, insbesondere wobei das Sensorelement (10) an der Leiterplatte (21) angeordnet und/oder befestigt ist, vorzugsweise wobei das Abschirmelement (11) an der Leiterplatte (21) angeordnet und/oder befestigt ist, bevorzugt wobei das Randelement (12) mindestens abschnittsweise an der Leiterplatte (21) angeordnet und/oder befestigt ist und/oder wobei das Randelement (12) zumindest abschnittsweise beabstandet zu der Leiterplatte (21) an der Funktionsvorrichtung (101) anordenbar und/oder befestigbar ist.
7. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Sensorelement (10) aufzuladen und/oder zu entladen, und/oder dass die Steuereinheit (20) dazu ausgeführt ist, ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement (10) zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes (10) zu bestimmen, wobei insbesondere ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement (10) und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes (10) für die Betätigungshandlung, vorzugsweise eine Annäherung und/oder eine Berührung, des Benutzers (B) an der Funktionsvorrichtung (101) und/oder eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, spezifisch sind/ist.
8. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Vergleichskapazität (Load) aufweist, die dazu ausgeführt ist, die Ladung des Sensorelementes (10) aufzunehmen, um ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement (10) zu vermessen und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes (10) zu bestimmen.
9. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Sensorelement (10) mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen, wobei insbesondere ein elektrisches Potential am aufgeladenen Sensorelement (10) und/oder eine Entladezeit des aufgeladenen Sensorelementes (10) für die Betätigungshandlung, vorzugsweise eine Annäherung und/oder eine Berührung, des Benutzers (B) an der Funktionsvorrichtung (101) und/oder eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, spezifisch ist.
10. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem, insbesondere ausschließlich einem, Detektionssignal (S1) des Sensorelementes (10) zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einer Form des Detektionssignals (S1) des Sensorelementes (10).
11. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Detektionssignalen (S1, S2) des Sensorelementes (10) zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einem Vergleich der Amplituden der Detektionssignale (S1 , S2) des Sensorelementes (10), vorzugsweise wenn die Detektionssignale (S1 , S2) verschiedene Spannungs-Pulsabfolgen mit unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen und/oder unterschiedlich hohen Spannungen aufweisen.
12. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem, insbesondere ausschließlich einem, Spannungs-Puls des Sensorelementes (10) des Sensorelementes (10) zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einer Transienten, insbesondere einer Steigung, des Spannungs-Pulses des Sensorelementes (10).
13. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwei Spannungs-Pulse des Sensorelementes (10) zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einem Vergleich der Amplituden der Spannungs-Pulse des Sensorelementes (10), vorzugsweise wenn die Spannungs-Pulse unterschiedliche Längen aufweisen.
14. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen zwei Spannungs-Pulsabfolgen des Sensorelementes (10) zu erfassen, insbesondre in Abhängigkeit von einem Vergleich der Amplituden der Spannungs- Pulsabfolgen des Sensorelementes (10), vorzugsweise wenn die Spannungs- Pulsabfolgen unterschiedliche Puls/Pausen-Verhältnisse aufweisen, wobei bevorzugt eine entsprechende Umladung auf eine Vergleichskapazität (Load) vorgesehen ist.
15. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Abschirmelement (11) mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, und/oder dass die Steuereinheit (20) dazu ausgeführt ist, das Abschirmelement (11) an ein Grundpotential anzuschließen.
16. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Abschirmelement (11) mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen, wobei insbesondere die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Sensorelement (10) und die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Abschirmelement (11) auf einander abgestimmt werden und/oder korrespondierend sind, wobei vorzugsweise die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Sensorelement (10) und die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Abschirmelement (11) mit einem zeitlichen Versatz und/oder phasenverschoben durchgeführt werden, um bevorzugt einen messbaren Einfluss auf eine Transiente der Spannungs-Pulse am Sensorelement (10) zu erzeugen.
17. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement (12) mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um mindestens eine oder mehrere unterschiedliche Funktion(en) (F1 , F2) im Hinblick auf die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement (10) bereitzustellen:
- eine erste Funktion (F1), die Erfassung einer Betätigungshandlung, insbesondere einer Berührung, des Benutzers an einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) von Feuchtigkeitseinflüssen zu bereinigen, und/oder
- eine zweite Funktion (F2), um eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen.
18. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement (12) mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement (10) zu reduzieren.
19. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement (12) mit einer bestimmten Spannung und/oder mit bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement (10) zu verstärken, um insbesondere eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen.
20. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement (12) mithilfe eines oder mehrerer Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, aufzuladen und/oder zu entladen, wobei insbesondere die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Sensorelemente (10) und die Spannungs-Pulse, vorzugsweise Spannungs-Pulsabfolgen, am Randelement (12) auf einander abgestimmt werden und/oder korrespondierend sind.
21. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement (12) und das Sensorelement (10) synchron und/oder mitläufig mit einer gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannung(en) und/oder gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs- Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement (10) zu reduzieren.
22. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eine Steuerelektronik (22) aufweist, die dazu ausgeführt ist, das Randelement (12) und das Sensorelement (10) asynchron und/oder gegenläufig mit einer gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannung(en) und/oder gleichen oder unterschiedlichen bestimmten Spannungs-Verläufen, vorzugsweise Spannungs- Pulsabfolgen, zu beaufschlagen, um die Umgebungseinflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, auf das Sensorelement (10) zu verstärken, um insbesondere eine Beaufschlagung einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) mit Feuchtigkeit, insbesondere mit Wassertröpfchen, zu erfassen.
23. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Randelement (12) eine 3D-Form aufweist, und/oder dass das Randelement (12) zumindest abschnittsweise rahmenförmig ausgeführt ist, und/oder dass das Randelement (12) aus einem, insbesondere planaren, Metallblech ausgeführt ist, vorzugsweise durch Stanzen und Verbiegen des Metallbleches.
24. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Randelement (12) mindestens ein, insbesondere zwei, Schenkel (12a, 12b) zum Anpassen von Umgebungseinflüssen auf mindestens einen Seitenbereich (10s) des Sensorelementes (10) aufweist, und/oder dass das Randelement (12) mindestens einen, insbesondere zwei, Schildabschnitte (12c, 12d) zum Abschirmen einer Steuerelektronik (22) der Steuereinheit (20) aufweist, und/oder dass das Randelement (12) zumindest abschnittsweise außerhalb der Leiterplatte der Steuereinheit (20), insbesondere an der Funktionsvorrichtung (101), anordenbar ist.
25. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Randelement (12) als ein Befestigungselement und/oder Positionierungselement und/oder Abstandselement für die Steuereinheit (20) an der Funktionsvorrichtung (101) ausgeführt ist, und/oder dass das Randelement (12) mindestens einen oder mehrere, insbesondere abgewinkelte, Befestigungsabschnitte (12h, 12i) aufweist, die dazu ausgeführt sind, die Steuereinheit (20) an der Funktionsvorrichtung (101) zu befestigen und/oder zu positionieren und/oder auf Abstand zu einer Außenfläche (102) der Funktionsvorrichtung (101) anzuordnen.
26. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Randelement (12) mindestens einen, insbesondere mehrere, Schildabschnitte (12e, 12f, 12g) zum Abschirmen einer Kommunikationseinheit (23), insbesondere einer
NFC-Einheit, der Steuereinheit (20) aufweist, und/oder dass das Randelement (12) zumindest abschnittsweise innerhalb einer Leiterplatte (21) der Steuereinheit (20) integriert ist.
27. Funktionsvorrichtung (101), insbesondere in der Form eines Türgriffes, für ein Fahrzeug
(F), mit einer Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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