JP6546608B2 - 自動車両用センサ・デバイス - Google Patents

Description

本発明は、自動車両用センサ・デバイスに関し、より詳細には、ユーザの車両への接近に対する静電容量を検出するセンサ・デバイスに関する。

センサ・デバイスは、多数の金属面を有する少なくとも１つの多層プリント回路板と共に設計される。静電容量センサ電極は、金属面のうち１つの上に、検出を目的として形成する。制御デバイスは、センサ電極に結合し、基準電位に関係する電圧をセンサ電極に印加するようにする。評価デバイスは、センサ電極における静電容量の変化を検出し、ユーザのセンサ電極への接近を検出するようにする。制御デバイス及び評価デバイスは、これらによって単一デバイスを形成するように統合することができる。

接近に関する静電容量検出システムは、当技術分野では公知である。静電容量は、規定の電位にしたセンサ電極と、基準電極、例えば車両の接地又は車両の下に位置する基体の接地との間に生成される。この静電容量は、身体、例えばユーザの足がセンサ組立体の検知範囲内で移動した場合に変化し得る。静電容量自体の検出は、様々な方法で達成することができる。例として、いくつかのクロック式放電シーケンス又は放電期間を静電容量の測定値として使用することができる。例として、車両ドア・ハンドルへの接近に対する静電容量を検出することも、独国特許出願公開第１９６１７０３８号明細書から公知である。

独国特許出願公開第１０２０１２１０９０３４号明細書は、例として、統合したセンサ組立体を有する車両ドア・ハンドルを開示している。このセンサ組立体は、センサ電極を有する多層プリント回路板を使用し、センサ電極は、隣接し層間接続を有するプリント回路板面内の多数の導体構造体によって形成する。

センサ電極、遮蔽電極（指向性電極としても公知）及び基準電極を使用する、静電容量により接近を検出する概念も、当技術分野では公知である。例として、この種の概念は欧州特許第２５６８６０５号明細書に開示されている。独国特許出願公開第１０２００９００２５６６号明細書、様々な金属面及びセンサ電極並びに遮蔽電極を有するセンサ組立体を開示している。

特定の種類のセンサ電子回路を使用し、例えば、車両ユーザの手が車両のドア・ハンドル又はハッチに接近したことを検出する。そのような接近を検出した場合、例えば、無線信号ダイアログが車両用アクセス・キーと共に車両側電子回路システムから作動される。

従来技術及び上述の文献から見出すことができるように、センサ電極は、検出領域に向けられる。遮蔽電極は、検出領域から離れて面する側に置かれ、遮蔽電極は、センサ電極の電位を追従するか、又はセンサ電極の電位に関係して変化する。しかし、センサ電極に対する静電容量の変化を評価し、遮蔽電極の静電容量の変化は評価しない。接地電極は、遮蔽電極の後ろに置くことができ、静電容量検出のための基準電位として働く。

現代の車両及び動作システムは、より複雑で、より柔軟でもある動作の実現を要求するようになってきている。

独国特許出願公開第１９６１７０３８号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２１０９０３４号明細書 欧州特許第２５６８６０５号明細書 独国特許出願公開第１０２００９００２５６６号明細書

したがって、本発明の目的は、静電容量により接近を検出する、改良されたセンサ組立体を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有するセンサ・デバイスによって達成する。

本発明の１つの本質的な特徴は、多数の金属面を有する多層プリント回路板の使用であり、多層プリント回路板は、様々な面内に電極領域を収容する。多数の金属面を有するあらゆるプリント回路板を多層プリント回路板とみなすことができる。例として、多層プリント回路板は、金属の裏表面を有する単一のプリント回路板によって形成することができる。本発明の枠組内で３つ以上の金属面を使用することもできる。多層プリント回路板は、多数の個別のプリント回路板の複合体とすることもでき、この文脈において、プリント回路板は、例えば圧入手順により組み合わせて多層組立体を形成する。

しかし、これらの電極領域は、厳密な機能を備えない。異なる電極領域を交互に起動させることができ、異なる電極領域が異なる時間で異なる機能を果たすようにする。したがって、ある種の時間多重動作では、ある電極領域は、ある期間の間センサ電極として働き、別の期間及び検出方式では接地電極として働き、又は遮蔽電極として使用することができる。本発明によるデバイスは、多数の電極領域を有し、電極領域は、様々な面内に部分的に重なって位置し、このようにして、電極領域が時間により多重起動する状態で、異なる動作モードを実施する。

重要であるのは、少なくとも１つの平坦電極領域がそれぞれ、金属面のうちの多数の面の上に形成されることである。本発明で使用する電極領域のそれぞれは、電気制御デバイスに結合し、これにより異なる電圧を有する電極領域をもたらすことができる。

評価デバイスは、電極領域のうち少なくとも１つの選択電極領域に結合し、静電容量の変化を検出するようにする。評価デバイス及び制御デバイスは、互いに結合し、検出方式と電極領域の起動との間の変更を同期するようにする。評価デバイス及び制御デバイスは、１つの回路が起動及び評価を実施するように統合して設計することもできる。異なる電圧が電極領域の選択電極領域に印加されると、評価デバイスは、現在の起動／評価方式に応じて、センサ電極として機能する様々な電極領域を評価する。

本発明によるデバイスの場合、異なる動作概念を検出するために多数のセンサ・デバイスを実装する必要はない。これらの動作概念は、多層プリント回路板上の多機能電極組立体により実施する。これにより、個別の直流電気領域を１つの面内に生成し起動することができ、例えばハンドル領域内の作動をハンドル軸に沿った作動点に応じて検出するようにする。更に、プリント回路板から出発する検出方向は、変更、逆転させることができる。このことは、例として、センサ電極及び遮蔽電極並びに接地電極の位置が交換されるために可能である。したがって、そのような多層プリント回路板を例えば車両ドア・ハンドル内に配設し、次に、プリント回路板を一方ではそのカバー側がドア・ハンドル内側に面するように向け、もう一方ではドア・ハンドル外側の見える方向にあるように向けることができる。金属領域の機能面を交換することにより、検出領域は、一方でドア・ハンドル内側の方に向けられ、また、ある時間多重工程では、一時的にドア・ハンドル外側の方に向けることができる。例として、ユーザが開放を望むとき、例えばドアの内側を手で把持したとき、及びユーザが閉鎖を望むとき、例えば手をハンドル外側に置いたとき、の両方を検出領域により検出することができる。

単純な設計では、１つのプリント回路板は２つの金属面を有し、金属面の機能をセンサ電極及び接地電極として時間シーケンスで交換して検出方向を逆転できるようにする。別の単純な設計は、３つの金属面を使用し、金属面のうち中間のものを遮蔽電極として保つ一方で、外側の電極は、時間変更の間に、センサ電極及び接地電極としての機能を交換する。より多数の金属面を使用してもよいことは以下で明らかになろう。

本発明の更なる発展形態では、上記のように、多層プリント回路板の異なる面内にある金属領域を、静電容量センサのための電極領域として機能するように設計するだけでなく、多数の個別の電極領域を単一の面内に形成し、個別の電極領域を個々に起動する、又は個々に評価することができる。

基本的に、センサとして機能する電極、又は多数の電極表面によって形成したセンサ電極複合体が、できるだけ多くの表面積にわたって遮蔽電極によって遮蔽される場合、特に良好な検知が可能であり、この遮蔽は、接地電極により保護される。したがって、各面の多数の電極領域は、相互接続により、この種のセンサ電極、遮蔽電極、又は接地電極を形成することができる。

そのような設計では、検出領域を設けることができ、例えば、この検出領域は、ハンドルの区分上に親指又は指を置くことを通じて標的作動の検出を実施する。

１つの面内のそのような個別のセンサ電極は、別のシーケンスでは一緒に起動することができ、上述のように、集合的な接地電極又は遮蔽電極を形成するようにする。

交互の電極機能を有する、こうした異なる検出方式は全て、時間シーケンスで循環的に実行することができる。しかし、電極領域の機能が車両の状態に応じて選択されるように、一時的な起動も発生させることができる。例えば車両のロックが解除されている場合、センサ及び電極領域は、再ロック機能のみを検出するように起動させる。一方で、車両がロック状態にある場合、センサ及び電極領域は、ロック解除検知に切り替えられる。

多数の電極領域を異なる面上で組み合わせて機能ユニットを形成することは、本発明の枠組内で完全に可能であり、例えば、ある期間内で電極領域が同じ機能を備え、これらの電極領域に同じ電圧を印加するようにする。

例として、遮蔽電極は、このように多層プリント回路板の多数の面にわたって拡張することができ、基本的に、このようにセンサ電極を包含又は取り囲むことができる。

次に、添付の図面に基づき本発明をより詳細に説明する。

図案化した自動車両用ドア・ハンドル１の図であり、ドア・ハンドル１は、本発明によるセンサ組立体を備える。 制御及び評価デバイス３、及び多層プリント回路板２への結合部、及び多層プリント回路板２内に配設した電極領域の拡大概略図である。 別の例示的な実施形態の図であり、多層プリント回路板上の層構成を図案化した形式で示す。

図１は、図案化した自動車両用ドア・ハンドル１を示し、ドア・ハンドル１は、本発明によるセンサ組立体を備える。多層プリント回路板２は、ハンドル部のドア・ハンドル組立体、即ちドアを開放する際に把持する区域に配設される。センサ電極を有する多数の面は、以下で説明するように多層プリント回路板２上に形成する。制御及び評価デバイス３は、プリント回路板２、及びプリント回路板２上に配設した電極領域に結合する。制御及び評価デバイス３は、組み電線を介して車両側中央制御ユニットに接続する。

起動中の原理を図１に示す。図１によれば、異なるセンサ機能及び検出領域が、１つの同じ多層プリント回路板２、及び更には同じ電極領域に対して得られる。第１の方式によれば、センサ電極を制御及び評価デバイス３により接続すると、図１に第１の破線で示す検出領域５が得られる。ユーザがドア・ハンドル内側のこの領域を把持すると、このことがセンサ電極組立体によって検出され、対応する車両機能を作動させることができる。第２の方式によれば、制御及び評価デバイス３を多層プリント回路板２上のセンサ電極に接続すると、センサ電極によって、第２の種類の破線により示す力線曲線６が得られる。したがって、力線曲線５及び６は、時間差で得られ、同時には得られない。

図２は、制御及び評価デバイス３、及び多層プリント回路板２への結合部、及び多層プリント回路板２内に配設した電極領域の拡大概略図で示す。多数の電極面をプリント回路板２内に形成し、多数の金属電極領域４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを電極面内に配設する。図２に示すプリント回路板上に検出領域を有する力線の生成を得るために、例えば、電極領域４ａは、センサ電極として起動し、例えば基準電極に対して予め規定した電圧をセンサ電極に印加し、評価回路によって監視するようにする。この場合、電極領域４ｂは遮蔽電極として機能し、電極領域４ｂは、例えばセンサ電極４ａと同じ電位で動作し、静電容量の変化はセンサ電極４ａ内でのみ監視されるが、遮蔽電極４ｂ内では静電容量の変化を監視しない。この構成では、電極領域４ｃは、（浮遊）電位を有さずに維持され、電極領域４ｄは、接地に結合する。このように、上向き方向の区域が得られる（図１の区域５）。

検出区域は、時間差で又は急速切替えにより、検出区域が下向きになるように変更することができる（図１の領域６）。この場合、電極領域４ｄは、関連する電位及び関連する評価を伴ってセンサ電極として働く。この例では、電極領域４ｃは、電位を有さずに維持することができる一方で、電極領域４ｂは、センサ電極４ｄと同じ電位で遮蔽電極として作動するが、静電容量の監視を伴わない。この方式によれば、電極領域４ａは、接地電位に結合することができる。

同じ電極領域が、時間差で異なる電極機能を取り得ることは明らかである。

図３は、別の例示的な実施形態を示し、多層プリント回路板上の層構成を図案化した形式で示す。この種の組立体は、車両のハッチ又はサイド・ドアの適切なハンドル組立体内に収容することができる。

電極領域１１から１９は、多層プリント回路板内の４つの異なる面上に形成する。これらの電極領域は、図３には示さない制御及び評価デバイスに結合する。

第１の機能方式によれば、多数の電極領域、この例では電極領域１３、１５及び１６は、遮蔽電圧に結合する一方で、電極領域１１は、センサ電極として接続する。電極領域１３及び１５の横方向構成は、電極領域１６に加えて、センサ電極１１の作動部を枠のように包囲する。この方式では、電極領域１８は接地電極として接続することができる。

上記の方式に対し時間差で作動する第２の方式では、電極は異なる機能を受け入れる、又は他の電極領域を起動する。この他の方式では、例えば電極領域１４は、例えば遮蔽電圧を備える一方で、電極領域１８は、センサ電極として働く。電極領域１７及び１９は、電極領域１４と同じ電位に結合し、またここでは、センサ電極１８は、電極領域１４、１７及び１９に印加される遮蔽電圧電位によって包囲されるようにする。この方式では、電極領域１６は、依然として電位を有さない一方で、例えば電極領域１２は、接地電極として働く。

時間差で起動可能な別の方式によれば、電極領域１２、１３、１５及び１９は、限定した区域を監視するように起動することができる。例として、電極領域１９は、ハンドル上で親指が付く区域の周囲に置くことができる。この場合、親指が付いたことを検出する検出方式が起動すると、電極領域１９はセンサとして働き、電極領域１８及び１６は遮蔽電極として働き、電極領域１５は接地として働く。

本発明によれば、多層プリント回路板の同じ面上及びプリント回路板の異なる面上の異なる電極領域は、時間により変更可能な様式で機能を起動できることがわかる。多数の電極領域を組み合わせて、それにより機能ユニットを形成することができる。重要であるのは、電極領域のいくつかが、異なる起動方式では異なる機能を担うということである。

Claims (8)

1. 多数の金属面を上に形成した多層プリント回路板（２）を有する自動車両用センサ・デバイスであって、静電容量センサ電極は、静電容量による接近検出を使用する検出のために、前記金属面のうち１つの上に形成し、制御デバイス（３）は、前記静電容量センサ電極に結合し、基準電位に関連する電圧を前記静電容量センサ電極に印加するようにし、評価デバイス（３）は、前記静電容量センサ電極の静電容量の変化を検出し、ユーザの前記静電容量センサ電極への接近を検出するようにする、自動車両用センサ・デバイスにおいて、少なくとも１つの平坦電極領域（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９）はそれぞれ、前記多数の金属面上に形成され、前記平坦電極領域のそれぞれは、基準電位に関連する専用の個別の電圧を前記平坦電極領域のそれぞれに印加するように前記制御デバイス（３）に結合され、前記評価デバイス（３）は、異なる金属面上の前記平坦電極領域のうち少なくとも２つに結合され、前記評価デバイス及び前記制御デバイスは、前記異なる金属面上の前記平坦電極領域のうち少なくとも２つをセンサ電極として時間交代で起動、評価し、前記異なる金属面上の前記平坦電極領域のうち少なくとも２つを接地として起動、評価するように設計されることを特徴とする自動車両用センサ・デバイス。
2. センサ電極及び接地電極として交互に起動することができる前記異なる金属面上の２つの前記平坦電極領域は、電極のそれぞれをセンサ電極として一時的に起動し、接地電極として一時的に起動することができるように、同一である、請求項１に記載の自動車両用センサ・デバイス。
3. 少なくとも１つの前記金属面内に、２つの個別の前記平坦電極領域（１１、１２、１３、１４、１５、１７、１８、１９）を形成し、前記平坦電極領域（１１、１２、１３、１４、１５、１７、１８、１９）は、個別に起動又は評価することができる、請求項１又は２に記載の自動車両用センサ・デバイス。
4. 前記制御デバイスは、結合した前記平坦電極領域のうち少なくとも１つが、電位を有さずに一時的に接続できるように設計される、請求項１から３のうちいずれか一項に記載の自動車両用センサ・デバイス。
5. 前記制御デバイス及び前記評価デバイスは、前記多層プリント回路板の異なる面内の前記平坦電極領域をセンサ電極として時間差で接続するように設計される、請求項１から４のうちいずれか一項に記載の自動車両用センサ・デバイス。
6. 前記制御デバイス及び前記評価デバイスは、最初に、電極領域（４ａ）をセンサ電極として接続し、前記多層プリント回路板の前記電極領域（４ａ）の面が前記多層プリント回路板の第１の外側表面に対し第１の間隔を有し、同時に、別の電極領域（４ｂ）を遮蔽電極として接続し、前記多層プリント回路板の前記電極領域（４ｂ）の面が前記第１の外側表面に対し第２の間隔を有するように設計され、時間差で、前記電極領域（４ｄ）をセンサ電極として接続し、前記多層プリント回路板の前記電極領域（４ｄ）の面が前記多層プリント回路板の前記第１の外側表面に対し第３の間隔を有し、同時に、別の電極領域（４ｃ）を電位を有さずに維持し、前記多層プリント回路板の前記電極領域（４ｃ）の面が前記第１の外側表面に対し第４の間隔を有するように設計され、前記第２の間隔は、前記第１の間隔よりも大きく、前記第３の間隔は、前記第１の間隔よりも大きく、前記第４の間隔は、前記第３の間隔よりも小さく、これにより、前記センサ電極及び前記遮蔽電極の空間構成は、前記第１の外側表面に対して時間差で逆転する、請求項５に記載の自動車両用センサ・デバイス。
7. 前記電極領域は、少なくとも対で少なくとも部分的に、前記多層プリント回路板に直交する方向で重なる、請求項１から６のうちいずれか一項に記載の自動車両用センサ・デバイス。
8. 少なくとも１つの前記電極領域は、センサ電極として１つの面内に接続することができ、異なる面内の１つの電極領域は、遮蔽電極として接続することができ、更に異なる面内の１つの電極領域は、接地電極として接続することができる、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の自動車両用センサ・デバイス。

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