JP5829690B2 - 非接触で車両ドアを作動させるためのセンサユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両ドア、具体的にはテールゲートを、非接触で作動させる、すなわち開放及び／又は閉鎖させるためのセンサユニットに関する。

車両のユーザにとっては、車両ドア、具体的にはトランクのテールゲートを非接触で開放又は閉鎖することが望ましい場合がある。たとえば車両のトランクに置かなければならないビール用木枠などの物を運ぶために、たとえばユーザが両手を使用する場合がそうである。

現在、車両のリアバンパに配置され、ドアを開く要求としてのユーザの足の動きを検出することができる近接センサを有するセンサユニットの開発作業が進んでおり、その結果、信号技術によって近接センサに接続された制御ユニットにより、トランクを自動で開く（あるいは閉じる）ためのトリガ信号が出力される。このようなセンサユニットは、ユーザがバンパの下に自分の足を差し入れた場合にトリガ信号を出力するように構成されることが多い。

このようなセンサユニットは、ドアを開く要求を示すことのできる足の特定の特徴的な動きを、足の他の動きから確実に区別できることが望ましい。たとえば、センサユニットにより、車両のドライバーがバンパの下で車両の長手方向に蹴る動作を実行する場合にはトランクは開放するが、車両ユーザが自分の足を車両に対して横方向に動かす場合にはトランクの開放プロセスは起きない。これは、具体的には、車両のユーザが車両の周りを歩き回る場合に、トランクの開放プロセスが誤ってトリガされる状況を回避するものである。

本発明は、非接触で車両ドアを作動させる目的を有し、誤りに対して影響されやすいことを改善したセンサユニットを規定するという目的に基づいている。

この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴によって実現される。

したがって、少なくとも１つの第１の近接センサおよび少なくとも１つの第２の近接センサを備える、非接触で車両の車両ドアを作動させるためのセンサユニットが提供される。２つの近接センサのそれぞれは、実質上Ｙ方向に延びる細長い（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）検出域を有する。このプロセスにおいては、Ｙ方向での少なくとも一方の側において、以下で「超過距離（ｅｘｃｅｓｓ ｄｉｓｔａｎｃｅ）」と表した長さだけ、第１の近接センサの検出域が第２の近接センサの検出域を越えて突出する。少なくとも２つの近接センサの検出域は、Ｙ方向に対して横方向に互いに間隔をおいて配置され、その上で、具体的には互いに対してほぼ平行に延在することが好ましい。

「検出域」という用語は一般に、それぞれの近接センサでの測定感度の高い表面（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ）、すなわち、それぞれの近接センサが車両ユーザの接近を検出する際の領域を示す。少なくとも２つの近接センサは、容量性の（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）近接センサとして実施されることが好ましい。この場合、検出域またはそれぞれの検出域は、便宜上平面電極であり、それにより電界が周辺の空間内に（容量性センサでは通常のやり方で）照射され、この電界は、車両ユーザが接近する場合、このユーザの体組織によって測定可能に影響を受ける。しかし、１つの近接センサまたは各近接センサのうちのそれぞれを、光学近接センサまたは超音波近接センサとして実施することも考えられる。第１の近接センサの検出域を、以下では第１の検出域と呼ぶ。したがって、第２の近接センサの検出域を、以下では第２の検出域と呼ぶ。

好ましい用途では、開くべき車両ドアはテールゲートである。センサユニットは、便宜上、車両のリアバンパ内のこの所期の設置位置に配置される。この場合、少なくとも２つの近接センサの検出域がその長手方向に配列されるＹ方向は、車両の横断方向と平行に配向されることが好ましい。しかし、本発明によるセンサユニットは、基本的に、他の車両ドアを非接触で開くのに使用することもできる。具体的には、この場合、センサユニットの設置状況におけるＹ方向とは、車両に対して異なる配向を仮定することもできる。しかし、どんな場合でも、近接センサは、開くべき車両ドアの近くに配置されることが好ましい。

Ｙ方向に対して、また互いに対して垂直な２つのさらなる空間軸を、以下でＸ方向およびＺ方向と呼ぶ。センサユニットの設置状況におけるＹ方向が車両の横断方向と平行に配列されている好ましい用途においては、Ｘ方向は、車両の長手方向と平行に配列されている。この場合、Ｚ方向は、それに応じて垂直に配列され、したがって車両の垂直軸に対して平行である。

少なくとも２つの検出域を長手方向を変えて実装する結果、様々なタイプの動き、具体的には近接センサで検知される空間内での車両ユーザの脚の動きが、第１の近接センサおよび／または第２の近接センサによって生成される信号プロファイルに、様々な方式で反映されることが確実である。少なくとも２つの近接センサによって生成される信号を評価することにより、信号プロファイルをもたらす動きのタイプを推論することが可能である。具体的には、このような状況では、Ｙ方向に向いた動きと、Ｘ方向またはＺ方向に向いた動きとを精密に区別することが可能であり、その結果、車両ユーザによるドアを開く要求を正確に検出することができ、少なくとも事実上、誤りなしで検出することができる。

第１の検出域が片側のみで第２の検出域を越えて突出している場合、様々なタイプの動きを区別するためのセンサユニットの適性は基本的には既に本発明の範囲内で提供されている。しかし、様々なタイプの動きを区別するためのセンサユニットの感度の改善は、第１の検出域が両端で第２の検出域を越えて突出している、センサユニットの好ましい一実施形態によって実現される。第１のセンサ域が第２のセンサ域を越える際の超過距離は、この２つの長手方向の端部において異なってもよい。しかし、対称であるという理由から、具体的にはセンサ信号の簡略化された評価能力という点で、超過距離は、検出域の長手方向の両端部において同じになるよう選択されることが好ましい。したがって、第１のセンサ域は、長手方向の両端部が、ほぼ同じ長さだけ第２のセンサ域を越えた状態で突出することが好ましい。

ドアを開く要求を示す蹴る動きを精密で誤りなく検出するには、超過距離が第１の検出域の長さの少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％に対応するよう、この超過距離を選択することが特に有利であることが分かってきた。しかし、超過距離は、最大で第１の検出域の長さのほぼ３３％であることが好ましい。第１の検出域の例示的な長さがほぼ８０ｃｍならば、第１の検出域は、たとえば第２の検出域を越えてほぼ１０ｃｍだけ突出する。

車両のセンサユニットの好ましい設置状況では、長い方の第１の検出域が、短い方の第２の検出域の上に配置されることが好ましい。しかし、第１の検出域を第２の検出域の下に配置することも基本的には可能である。

本発明の有利な一発展形態では、センサユニットはさらに、近接センサの信号を評価し、評価したセンサ信号に基づいて、車両ユーザのドアを開く要求を示す動きを検出すると、車両ドアを作動させるトリガ信号（ａ ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ）を出力する制御ユニットを備える。

便宜的な一実施形態において、制御ソフトウェアが内部に実装されたマイクロプロセッサを備える制御ユニットが、回路および／またはプログラミングによってここに設計されて、２つの近接センサのそれぞれの信号間の少なくとも１つの時間オフセット（ｏｆｆｓｅｔ、差）を検出し、時間オフセットまたは検出されたそれぞれの時間オフセットが所定のトリガ基準を満たす場合にトリガ信号を出力する。

本発明の有利な一実施形態では、時間オフセットまたはそれぞれの時間オフセットが、それぞれ割り当てられた最大値を下回る場合にのみ、制御ユニットがトリガ信号をトリガするように、ここでトリガ基準が事前定義される。例示的な一実施形態では、この最大値は経験的に定義され、具体的には、車両ユーザの典型的な蹴る動作がＸ方向である場合はトリガ基準が満たされるが、脚の動きがＹ方向である場合にはトリガ条件が満たされないよう、一連の試行に基づいて定義される。しかし、車両ユーザの典型的な蹴る動作がＸ方向である場合はトリガ基準が満たされないが、脚の動きがＹ方向である場合にはトリガ基準が満たされるよう、トリガ基準を事前定義することも基本的に可能である。

許可されていない人、またはたとえば動物によるセンサユニットの間違ったトリガ（ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ）を防止するために、ドアロックシステムが、たとえば車両ユーザの無線キーによって解錠される場合にのみ車両ドアを開くことを可能にする、完全自動で開くドアロックシステム（「キーレス ゴー」（“ｋｅｙｌｅｓｓ ｇｏ”））に、センサユニットが結合されることが好ましい。

図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態を以下でより詳細に説明する。

テールゲートを非接触で作動させるためのセンサユニットが設けられた自動車の後部、および接近する車両ユーザの脚の非常に概略的な側面図である。 自動車、図１によるセンサユニット、およびこの場合も車両ユーザの脚の概略背面図である。 車両の長手方向に足が動いている間のそれぞれの場合での、センサユニットの２つの容量性近接センサによって生成される信号の時間プロファイルを示す図である。 車両の横断方向に足が動いている間の、２つの近接センサによって生成される信号の時間プロファイルの、図３による図である。

対応する部品および変数には、常に全ての図で同じ参照記号が振られている。

図１には、車両ドア、ここではテールゲート（ａ ｔａｉｌｇａｔｅ）３を非接触で作動させるためのセンサユニット２が設けられた自動車１の後部が示してある。さらに、自分の脚４および関連する足５を動かすことによって、テールゲート３を開けようとする車両ユーザの脚４が図示してある。

さらに、図１では直交座標系（ａ Ｃａｒｔｅｓｉａｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）６が図示してあり、これは、センサユニット２の所期の（意図された）設置および所期の（意図された）作動を規定するのに使用される。このような状況において、座標系６のＸ方向７は、下にある面８に平行に位置合わせされ、この面上に自動車１があり、前記Ｘ方向７は実質上自動車１の長手方向を向いており、Ｙ方向９も、下にある面８に平行に位置合わせされ、自動車１の横断方向（図面の平面から外の方向）に向いており、最後に、座標系６のＺ方向１０は、下にある面８に対して垂直に位置している。

自動車１は、実質上、車両の車体構造の横断キャリア１２に取り付けられたリアバンパ１１を備える。

センサユニット２は、細長い金属箔として具現化される測定用電極２１の形での第１の検出域を有する、第１の容量性近接センサ２０を備える。センサユニット２は、細長いワイヤとして具現化される測定用電極２３の形での第２の検出域を有する、第２の容量性近接センサ２２をも備える。さらに、センサユニット２は、実質上、制御ソフトウェアが内部に実装されたマイクロコントローラによって形成される制御ユニット２４を備える。

両方の測定用電極２１、２３はバンパ１１の下部領域に取り付けられ、この２つの測定用電極２１、２３は、Ｚ方向１０とＸ方向７の両方において互いに間隔を空けて配置される。この状況においては、測定用電極２１は、測定用電極２３の上に配置され、測定用電極２３よりも車両の後側に近い。

図２には、車両の後側を見たときの、Ｘ方向７での自動車１の図が示してある。この図を見て分かるように、第１の測定用電極２１は対称に突き出ており、その２つの長手方向の端部２５、２６が、Ｙ方向９に第２の測定用電極２３を越えて突き出して配置されており、その際に自動車１の幅の大部分にわたって延在している。たとえば、測定用電極２１は長さがほぼ８０ｃｍであるが、第２の測定用電極２３は長さがほぼ６０ｃｍであり、その結果、測定用電極２１は、その両端において測定用電極２３を越えてほぼ１０ｃｍの超過距離Ａだけ突出している。

作動中、測定用電極２１、２３には電圧が印加されており、その電圧の影響下で、近接センサ２０、２２のそれぞれが、測定用電極２１、２３の前に位置する空間ボリューム（以下で検知空間２８、２９と呼ぶ）において電界を生成する。測定用電極２１および２３によってそれぞれ生成される電界は、図１および２の力線２７によって示してある。図１および図２を見て分かるように、近接センサ２０の検知空間２８は、実質上Ｘ方向でバンパ１１の後側の正面外部に位置しているが、近接センサ２２の検知空間２９は、実質上Ｙ方向での下側にバンパ１１の縁部に沿って位置している。

それぞれの検知空間２８、２９に位置している身体の一部、具体的には車両ユーザの脚は、人体組織の導電率および体組織の接地により、測定用電極２１、２３と対向する電極として下にある面と作用する。したがって、測定用電極２１、２３のそれぞれは、身体の一部とともに、（電気）キャパシタ（コンデンサ）を形成し、そのキャパシタンス（静電容量）が、それぞれの測定用電極２１、２３から身体の一部までの距離に応じて特徴的に変化する。

車両ユーザのドアを開く要求を検出するために、制御ユニット２４は、検知空間２８および２９それぞれに身体の一部が存在することについての情報を含む、近接センサ２０、２２の信号Ｓ１、Ｓ２をピックアップする。好ましい一実施形態では、制御ユニット２４は、測定用電極２１、２３にそれぞれ存在する電圧、および測定用電極２１、２３を横切ってそれぞれ流れる電流を検知する。制御ユニット２４は、それぞれの測定用電極２１または２３と地面との間に形成された、キャパシタンス自体かまたはそれに対応する測定変数のいずれかであるキャパシタンス測定値を、これらの電流値および電圧値から計算する。計算されたキャパシタンス測定値は、記憶されている閾値と比較することにより制御ユニット２４によって変換されて、（ステップ）信号Ｓ１およびＳ２になり、これらの信号は、それぞれの近接センサ２０、２２の検知空間内に車両ユーザの身体の一部が位置している場合は値「１」とみなし、このような身体の一部が存在しない場合には値「０」とみなす。近接センサ２０、２２のうち一方のセンサの検知空間２８、２９内へと車両ユーザの脚が一時的に動く結果として、それぞれの信号Ｓ１およびＳ２において信号パルスが生成され、その立上りエッジは、脚が検知空間２８、２９に入り込んだことを示し、その立下りエッジは、脚が検知空間２８、２９から引き抜かれたことを示す。

図３および図４には、車両ユーザの蹴る動作すなわちＸ方向での脚の動き（図３）、または横方向の動きすなわちＹ方向での脚の動きにおいて得られる形式で、２つの測定用電極２１と２３の信号Ｓ１とＳ２の典型的なプロファイルが時間ｔに対してプロットして示してある。センサユニット２の例示的な一実施形態では、蹴る動作は、車両ユーザのドアを開く要求を示し、それに応じてテールゲート３の開放をトリガするものであるが、横方向の動きはドアの開放をトリガするものではない。

脚が動くと信号Ｓ１およびＳ２の両方で時系列的に相関のとれた信号パルスが生じることが、ここでは両方の信号プロファイルに特徴的である。信号Ｓ１での信号パルスは、信号パルスＳ２での信号パルスよりもここでは時系列的に広く、したがって信号パルスＳ２での信号を時系列的に囲むが、これは特に、脚が常に検知空間２９よりも早く検知空間２８に入り込み、やはり脚を引き抜くときも検知空間２９を後で離れるからである。したがって、信号Ｓ１の立上りエッジと信号Ｓ２の立上りエッジの間には、ある時間オフセットＴ１が常に形成される。それに応じて、信号Ｓ１の立下りエッジと信号Ｓ２の立下りエッジの間には、時間オフセットＴ２も形成される。

図３による信号プロファイルの基礎をなす蹴る動きの場合、この時間オフセットＴ１、Ｔ２は、比較的小さく、Ｘ方向での近接センサ２０および２２のオフセットによって実質上決定される。時間オフセットＴ１およびＴ２はまた、脚が前後に動いている間は主として対称である。したがって、立上りエッジの時間オフセットＴ１の値と立下りエッジの時間オフセットＴ２の値とは、サイズがほぼ等しい。

図４による信号プロファイルの基礎をなす横方向の動きの場合、この時間オフセットＴ１、Ｔ２はさらに、近接センサ２０および２２の異なる長さによって決定される。時間オフセットＴ１、Ｔ２は、結果としてほぼ非対称であり、少なくとも１つの時間オフセットＴ１またはＴ２、たとえば図４では時間オフセットＴ１は、蹴る動きの場合よりも著しく大きい値が仮定される。

横方向の動きと蹴る動きを自動的に区別するために、したがって、ドアの開放要求をフェイルセーフに検出するために、制御ユニット２４は、信号Ｓ１およびＳ２における時間オフセットＴ１および時間オフセットＴ２を決定し、結果として得られた時間オフセット値を、それぞれ記憶された閾値と比較する。

時間オフセットＴ１または時間オフセットＴ２のいずれかが閾値を超えていることを制御ユニット２４が検出しない限り、前記制御ユニット２４は、テールゲート３の電気機械的ロック４０およびテールゲート３に割り当てられた電気モータ４１にトリガ信号Ｓａを出力し、その結果、電気モータ４１によってテールゲート３が自動的に開く。

このトリガ基準が満たされない場合、すなわち時間オフセットＴ１または時間オフセットＴ２のいずれかが閾値を超えていることを検出した場合、制御ユニット２４は、トリガ信号Ｓａを出力しない。その結果、特に、車両ユーザが自分の脚をバンパ１１の下で横方向に動かす場合、テールゲート３は閉じたままである。

完全自動で開くドアロックシステム（「キーレス ゴー」）が、車両ユーザが車両１に接近するのを検出すると、たとえば車両ユーザの車の鍵についているＲＦＩＤのトランスポンダと無線で接触する結果として、このシステムにより、センサユニット２自体は、取り付けられた状態で便宜上作動する。このようにして、車両ユーザが実際に車両１の直近に位置している場合にのみ、エネルギーを節約する方式でセンサユニットが動作する。同時に、認可されていない人がテールゲート３を開くことができないよう、このようにして容易に防止する。

ドアの開放要求の検出をさらに改善するために、一つのオプショナルな構成では、制御ユニット２４がさらに、時間オフセットＴ１の終了と時間オフセットＴ２の開始との間の期間Ｔ３をパルス長の測定値として検知し、この期間Ｔ３と記憶された別の閾値とを比較する。改善されたトリガ基準の範囲内で、期間Ｔ３がさらにそれぞれの閾値を下回る場合にのみ、制御ユニット２４が、この状況でトリガ信号Ｓａを出力する。結果として、ドアの開放要求を示すように予め規定された急速に蹴る動きは、車両ユーザがバンパ１１の下でＸ方向に脚を押し出し、相対的に長い時間が経過するまでＸ方向に脚を引き戻さないときの、脚の他の動きと区別される。たとえば、リヤ・ウィンドウの除氷（「スクレイピング（ｓｃｒａｐｉｎｇ）」）をおこなったり、何かしら別のやり方でリヤ・ウィンドウを綺麗にする場合、または、ルーフ・ラックもしくはリヤ取付けラックを積み込むとき、もしくは同様の行為をおこなっている場合である。

電気モータ４１の代わりに、弾性復元力の効果の下でテールゲート３を開く、ばねユニットを設けることもできる。この場合、制御ユニット２４はロック４０だけにトリガ信号を送信し、これにより、続いてテールゲート３を解放する。

１ 自動車
２ センサユニット
３ テールゲート
４ 脚
５ 足
６ 座標系
７ Ｘ方向
８ 下にある面
９ Ｙ方向
１０ Ｚ方向
１１ バンパ
１２ 横断キャリア
２０ 近接センサ
２１ 測定用電極
２２ 近接センサ
２３ 測定用電極
２４ 制御ユニット
２５ 長手方向の端部
２６ 長手方向の端部
２７ 力線
２８ 検知空間
２９ 検知空間
４０ ロック
４１ 電気モータ
Ａ 距離
Ｓ１ 信号
Ｓ２ 信号
Ｓａ トリガ信号
ｔ 時間
Ｔ１ 時間オフセット
Ｔ２ 時間オフセット
Ｔ３ 期間

Claims (9)

1. 第１の近接センサ（２０）および第２の近接センサ（２２）を有する、車両（１）の車両ドア（３）を非接触で作動させるためのセンサユニット（２）であって、
   前記２つの近接センサ（２０、２２）のそれぞれが、前記それぞれの近接センサ（２０、２２）の測定感度のある表面であり、実質上前記車両の横断方向（９）に延在する細長い検出域（２１、２３）を有し、
   前記車両の横断方向（９）での少なくとも一方の側において、超過距離だけ、前記第１の近接センサ（２０）の前記検出域（２１）が前記第２の近接センサ（２２）の前記検出域（２３）を越えて突出し、
   前記検出域（２１、２３）の前に位置する空間である、前記近接センサ（２０、２２）の検知空間（２８、２９）内に車両ユーザの身体の一部が移動した結果として生成される、前記近接センサ（２０、２２）の信号（Ｓ１、Ｓ２）を評価し、前記車両ドア（３）を作動させるトリガ信号（Ｓａ）を出力するための制御ユニット（２４）を有し、前記制御ユニット（２４）が、前記２つの近接センサ（２０、２２）の前記それぞれの信号（Ｓ１、Ｓ２）の間の少なくとも１つの時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）を検出し、前記検出された時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）または検出されたそれぞれの時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）が所定のトリガ基準を満たす場合、前記トリガ信号（Ｓａ）を出力するように設計されるセンサユニット（２）。
2. 前記第１の近接センサ（２０）の前記検出域（２１）が、前記車両の横断方向の両端において、ほぼ同じ前記超過距離だけ、前記第２の近接センサ（２２）の前記検出域（２３）を越えて突出する、請求項１に記載のセンサユニット（２）。
3. 前記超過距離が、前記第１の近接センサ（２０）の前記車両の横断方向の長さの少なくとも１０％である、請求項１または２に記載のセンサユニット（２）。
4. 前記近接センサ（２０、２２）が、前記車両（１）のリアバンパ（１１）上またはリアバンパ（１１）内に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサユニット（２）。
5. 前記制御ユニット（２４）は、前記時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）またはそれぞれの時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）が、それぞれ割り当てられた最大値を下回る場合にのみ前記トリガ信号（Ｓａ）を出力する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサユニット（２）。
6. 前記２つの近接センサ（２０、２２）が、容量性の近接センサとして具現化される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサユニット（２）。
7. テールゲート（３）である車両ドア、および前記車両ドア（３）を非接触で作動させる請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサユニット（２）を有する、自動車である車両（１）。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサユニット（２）によって非接触で車両ドア（３）を作動させるための方法であって、
   前記２つの近接センサ（２０、２２）のそれぞれの信号（Ｓ１、Ｓ２）間で少なくとも１つの時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）が検出され、前記検出された時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）または検出されたそれぞれの時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）が所定のトリガ基準を満たす場合、前記車両ドア（３）を作動させるトリガ信号（Ｓａ）が出力される、方法。
9. 前記時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）またはそれぞれの時間オフセット（Ｔ１、Ｔ２）が、それぞれ割り当てられた最大値を下回る場合にのみ、前記トリガ信号（Ｓａ）が出力される、請求項８に記載の方法。

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