KR100622624B1

KR100622624B1 - 비접촉식 장애물 감지시스템에 사용되는 연성 정전용량 스트립

Info

Publication number: KR100622624B1
Application number: KR1020047005540A
Authority: KR
Inventors: 하그로날드헬무트; 디플래브라이언; 휴식제레미엠.; 파지크닉존주니어
Original assignee: 델피 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2006-09-19
Also published as: EP1449225B1; WO2003034315A2; DE60236683D1; ATE470943T1; EP1449225A2; WO2003034315A3; KR20050035167A; US20030081369A1; EP1449225A4; US6723933B2

Abstract

비접촉식 장애물 감지시스템에 사용되는 연성(flexible) 정전용량 스트립이 개시되었다. 대표적인 실시예로서, 스트립은 연장체(elongated body)의 바닥면을 따라 패널(panel)에 유연하게 설치하기 위한 연장체를 포함한다. 제1 연장형 평면컨덕터는 연장체의 상부 단면(upper section) 안에 포함되어 있고, 종방향의 공동(cavity)은 연장체의 중앙부를 통해 형성되며, 상기 종방향의 공동은 평면컨덕터와 바닥면 사이에 배치된다. 제1 연장형 평면컨덕터는 검출 커패시터(sensing capacitor)의 제1 전극을 형성하고, 종방향의 공동은 상기 검출 커패시터의 유전체 부분을 나타낸다.

정전용량 스트립, 비접촉식 장애물 감지, 컨덕터, 산토프렌 고무

Description

비접촉식 장애물 감지시스템에 사용되는 연성 정전용량 스트립{Flexible capacitive strip for use in a non-contact obstacle detection system}

본 발명은 일반적으로 접근 감지시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 자동차 파워 리프트-게이트(power lift-gate), 동력작동 장치 또는 주변 시스템과 관련된 비접촉식 장애물 감지에 사용되는 연성 정전용량 스트립에 관한 것이다.

자동차의 파워 윈도우, 파워 슬라이딩 도어(power sliding door) 또는 힌지드 도어(hinged door)와 같이 움직일 수 있는 패널의 경로에 있는 장애물을 탐지하기 위해 다양한 시스템이 고안되어 왔다. 장애물이 감지되면 패널의 전방으로의 이동(예를 들어, 닫히는 것)이 방해받고, 그에 따라 패널의 이동방향이 바뀐다(예를 들어, 열린다). 이러한 감지시스템은 일반적으로 "접촉식(contacting)" 또는 "비접촉식(non-contacting)"으로 특징지을 수 있다. 접촉식 시스템의 경우, 패널과 장애물 사이에 일정한 형태의 물리적 접촉이 있은 후에 장애물이 감지되며, 공압의/압력(pneumatic/pressure) 검출 스트립과 같은 장치를 포함하거나 패널을 움직이는 장치에서 기계적 또는 전기적 부하 변화에 반응하는 센서를 포함할 수 있다.

반면에 비접촉식 시스템의 경우에는, 실제적인 접촉이 있기 전에 장애물이 감지된다. 비접촉식 장애물 감지시스템의 하나의 특수한 형식은 접근센서로서 정전용량(capacitance)의 구성을 사용한다. 정전용량 접근센서는 컨덕터에 연결된 정전용량에 민감한 회로(예를 들어, 브리지회로 또는 발진기) 뿐만 아니라, 움직일 수 있는 패널의 주 모서리(leading edge)를 따라 형성된 하나 또는 그 이상의 전기 컨덕터를 포함할 수 있다. 컨덕터에 장애물(예를 들어, 사람의 손)이 접근하면 센서의 정전용량이 변하고, 그 변화는 후에 정전용량 검출회로에 의해 감지된다.

불행하게도, 위에서 언급된 비접촉식 장애물 감지시스템과 같이 고감도 적용이 요구되는, 필수적으로 아주 작고 평형상태의 정전용량을 가지는 적절한 정전용량 접근 센서를 만드는 데 있어서 어떤 문제점이 발생할 수도 있다. 첫째로, 정전용량 검출장치의 미소한(nominal) 정전용량값은 본래 물리적 크기 및 커패시터 전극들의 상대적 위치에(다른 파라미터 사이에) 의존한다. 좀더 명확히 말하면, 커패시터 전극들이 그 길이를 따라 치수적으로(dimensionally) 서로 일관된 정도는 그 장치의 특성에 영향을 미치게 될 것이다. 센서가 자동차의 필라(pillar), 패널 또는 움직일 수 있는 리프트 게이트(lift-gate)와 같은 만곡면(彎曲面, contoured surface)에 위치할 수 있기 때문에, 신뢰할 수 있고 민감한 정전용량 접근센서를 제작하는 것은 어렵게 될 것이다.

게다가, 센서는 또한 (자동차에서와 같이) 필연적으로 습기에 노출되는 외부 환경에 있다거나 한다면 효과적으로 센서의 윤곽(profile)을 제한하여 "꽉 맞는(tight)" 지역에 센서를 위치시키는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이러한 변수들은 정전용량에 영향을 미칠 수 있고, 그 자체로는 고감도의 정밀 정전용량 접근센서를 설계함에 있어서 고려되어야 할 것이다.

종래기술의 전술한 또는 다른 결함과 결점은 비접촉식 장애물 감지시스템에 사용되는 연성 정전용량 스트립을 사용함으로써 극복되거나 완화된다. 대표적인 실시예로서, 스트립은 연장체(elongated body)의 바닥면을 따라 패널에 융통성있게 고정시키기 위한 연장체를 포함한다. 제1 연장형 평면컨덕터(first elongated planar conductor)는 연장체의 상부 단면 안에 포함되어 있고, 종방향의 공동(cavity)은 연장체의 중앙부를 통해 형성되며, 상기 종방향의 공동은 평면컨덕터와 바닥면 사이에 배치된다. 제1 연장형 평면컨덕터는 검출 커패시터(sensing capacitor)의 제1 전극이 되고, 종방향의 공동은 상기 검출 커패시터의 유전체(dielectric material) 부분을 나타낸다.

바람직한 실시예로서, 제1 연장형 평면컨덕터는 정전용량 감지기 회로에 연결된 검출 커패시터의 제1 전극이다. 종방향의 공동은 검출 커패시터의 유전체 부분을 포함한다. 게다가, 패널은 검출 커패시터의 제2 전극을 포함한다. 바람직하게는, 평면 컨덕터는 본질적으로 제1 연장형 평면컨덕터와 패널 사이에서 일정한 거리가 유지될 정도의 연성 재료이다. 연장체는 산토프렌 고무(santoprene rubber)와 같은 절연체(insulating material)를 압출성형하여 얻어진다.

몇몇의 도면에서 유사한 요소는 같은 번호가 매겨졌으며 예시적인 도면에 속하는 것으로,

도1은 본 발명의 실시예와 관련하여 비접촉식 장애물 감지시스템에 사용될 수 있는 연성 정전용량 스트립의 부분 사시도;

도2A는 패널에 부착된 것을 나타내는 도1의 정전용량 스트립의 횡단면도;

도2B는 도2A의 다른 실시예를 나타내는 횡단면도; 및

도2C는 정전용량 스트립의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도를 나타낸다.

연성 정전용량 스트립이 본 명세서에 개시되어 있다. 상기 스트립은 생산하기에 비싸지 않고, 자동차에서와 같은 만곡면(contoured surface)에 부착시키기 위하여 3차원으로 휘어질 수 있으면서도 적절하게 아주 작은 정전용량(예를 들어, 약 20피코패럿(pF) 정도)을 가지고 있다. 예를 들어 자동차 필라와 필라에서 닫히는 도어 사이에 꼭 맞을 수 있도록 스트립은 상대적으로 낮은 윤곽(profile)을 가진다. 게다가, 스트립은 바람직하게는 그 안에 포함된 전극이 습기에 저항하도록 만들어진다. 더 나아가, 정전용량 센서 스트립은 그 안에 정전용량 감지 회로를 임의로 수용할 수 있도록 형성된다.

먼저 도1과 도2A에 주목하면, 연성 정전용량 센서 스트립(flexible capacitive sensor strip)(12)의 (각각) 사시도와 횡단면도가 나타나 있다. 본 발명의 실시예와 관련하여, 센서 스트립(12)은 바닥면(18)에 부착된 점착스트립(adhesive strip)(16)이 있는 연성 연장체(elongated body)(14)를 가지고 있다. 점착스트립(16)은 금속패널(20)(예를 들어, 자동차 필라 또는 리프트-게이트) 위의 스트립(12)을 보호하기 위한 수단을 제공한다. 센서 몸체(14)는 바람직하게는 산토프렌 고무(santoprene rubber)와 같이 절연성이 있으면서 연성을 갖는 물질 즉, 연성체를 압출하여 성형된다. 유전상수는 2.3의 특성을 갖는다. 물론, 본 발명의 개시에 있어서 다른 유전체 특성을 갖는 다른 재료를 사용할 수도 있다.

연성 컨덕터(22)는 정전용량 스트립(12)의 제1 전극으로 작용하고, 센서 몸체(14)의 상부(24) 내에는 본떠 만들어진(molded) 삽입물(insert)이 있다. 컨덕터(22)는 더 나아가 바닥면(18)과 실질적으로 평행하게 배치되며, 스트립(12)이 부착될 때 패널(20)의 특별한 만곡(contours)에 관계없이 금속패널(20)에 평행해야 한다. 바람직하게는, 컨덕터(22)는 종방향을 따라 전기적 특성의 변화를 일으키거나 해를 입지 않고 어떤 방향으로도 휘어질 수 있도록 평평하고 편조 형태의(braided) 주석도금을 한 구리 컨덕터 또는 그와 유사한 것이다. 컨덕터(22)의 적절한 일 선택예는 Alpha Wire Company에 의해 제조된 평평한 주석도금을 한 구리 편조(braid)이다. 산토프렌 고무 몸체(14)는 컨덕터가 습기에 노출되는 것을 막기 위해 평평한 편조 컨덕터(22)의 전면을 덮으며, 더욱이 고무를 압출함으로써 하나의 공정으로부터 (원하는 길이로 절단될 수 있는) 몇 개의 스트립(12)을 생산할 수 있는 비용상 효과적인 방법을 제공한다.

연성 컨덕터(22)를 포함하는 것에 덧붙여, 센서 몸체(14)는 상부(24)와 아랫면(18) 사이에 중앙부의 종방향 공동(26)을 포함한다. 한 관점에서, 공동(cavity)(26)은 컨덕터(22)를 금속패널(20)로부터 분리하는 공기 코어(예를 들어 유전체)로서 작용한다. 이 특정한 실시예에서, 금속패널은 또한 제2전극 또는 스트립(12)의 접지면(ground plane)으로 작용한다. 그러나, 스트립(12)이 비금속 패널 또는 비금속 캐리어(carrier)에 고정되어 적용되는 경우에는 제2 연장형 컨덕터는 도2A에서 점선으로 표시된 컨덕터(28)처럼 공동(26)과 바닥면(18) 사이에서 몸체(14)안으로 본떠 만들어진 삽입물일 수도 있다.

도2B는 도2A의 다른 실시예를 보여준다. 스트립(12)을 점착스트립에 의해 금속 패널에 부착하는 대신에, 센서 스트립(12)은 몸체(14)의 바깥면 안에 형성된 홈(groove)(27)을 포함할 수도 있다. 스트립(12)은 스트립을 제자리에 위치시키는 플라스틱 캐리어(29)안에서 활주할 수 있다. 또한, 플라스틱 캐리어(29)는 적절한 위치에, 예를 들어 자동차 표면(도시되지 않음)에 부착될 수 있다. 그러나, 본 실 시예에서 컨덕터(28)는 스트립(12)과 금속 표면 사이에 어떠한 직접적인 접촉도 없는 한, 제2 커패시터 전극으로 사용된다는 것에 주목해야 할 것이다.

일반적으로, 센서 스트립(12)의 정전용량 C는 다음과 같은 방정식으로부터 결정될 것이다.

여기에서 ,_o는 진공상태(free space)의 유전율(8.85pF/m)이고, ,_r은 스트립 몸체(14)에 사용되는 재료의 상대유전율(비유전율(dielectric constance))이며, A는 편조 컨덕터(braided conductor)(22)의 표면적이고, d는 스트립(12) 내에 있는 커패시터 전극들 사이의 거리이다. 패널(20)이 스트립(12)의 접지면이 되는 실시예에서, d는 편조 컨덕터(22)로부터 패널(20)까지의 거리이다. 다른 실시예에서, d는 편조 컨덕터(22)로부터 제2 편조 컨덕터까지의 거리이다.

따라서, 실질적으로 만곡면 자체와 평행하게 유지될 수 있는 균일한 형상의 컨덕터를 제공하면서도 스트립의 유연성이 자동차와 같은 만곡면의 윤곽을 따르도록 한다는 점에서, 상기에 언급된 정전용량 스트립(12)의 배치가 유익하다는 점은 높이 평가될 만하다. 더욱이, 다른 이점 중에서 산토프렌 고무재료는 컨덕터를 습기와 같은 외부요소로부터 보호하는데, 역으로 그렇지 않다면 외부요소는 스트립(12)의 민감도에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 더 나아가, 스트립(12)의 크 기는 관련 검출회로에 사용되는 것이 바람직한 정전용량값을 고려하여 특별한 적용례에 맞출 수도 있다. 예를 들어, 자동차 리프트 게이트의 정전용량 접근센서에 사용하고자 하는 정전용량 스트립(12)은 약 10밀리미터의 폭과 약 8밀리미터의 두께 또는 높이를 가질 수 있다. 게다가, 정전용량 스트립의 일반적 배치는 몇몇의 다른 적용과 다른 크기를 가질 수 있다고 해석되어야 할 것이다.

정전용량 스트립(12)이 정전용량 감지 회로의 어떤 형식과 관련하여 사용될 때, 컨덕터(22)와 회로의 연결하는 외부연결이 요구된다. 따라서, 어떠한 외부의 와이어, 도선(lead) 또는 컨덕터의 다른 연결수단은 습기 또는 다른 조건으로부터 컨덕터(22)를 보호하기 위해 밀폐재료(sealing material)를 사용해야 할 것이다. 이것은 또한 원하는 길이로 절단된 스트립(12)의 끝단에 대한 경우이다. 또한, 스트립(12)이 절단된 끝에는 컨덕터(22)의 끝을 밀폐하기 위해 끝단 보호 몰드(protective end mold)를 제공하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 도2C는 정전용량 스트립(12)의 다른 실시예의 단면도를 나타낸다. 상기 정전용량 스트립(12)은 일반적으로 사다리꼴형상인 단면을 갖고, 상기 스트립의 측면(66)은 바닥면(18)에 대한 예각 α에 의해 결정된 대로 위쪽으로 가늘어진다. 게다가, 공동(26)은 스트립(12) 안에 곡선으로 된 돌출부(68)를 포함하도록 만들어질 수도 있다. 따라서, 도시된 것처럼 스트립(12)은 그 측면(66)이 안쪽방향의 압축에 좀 더 저항할 수 있도록 만들어질 수 있다. 만약 압력이 스트립(12) 의 상부(24)에 작용한다면 상부(24)는 똑바로 아래로 움직이나, 압축력이 제거되면 좀 더 쉽게 원래의 위치로 되돌아갈 것이다.

게다가, 공동(26)은 지금 개시된 정전용량 스트립을 사용하기 위해 배치된 전자회로를 수용하고 유지하기 위한 수단 또는 공간을 제공한다.

본 발명은 바람직한 실시예에 관하여 기술되었지만, 본 기술분야의 숙련자에 의해 다양한 변화가 가능하고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 균등물을 구성요소로 대체될 수 있다고 해석되어야 할 것이다. 게다가, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고도 본 발명으로부터 특정한 상황 또는 재료를 적용하는 많은 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 안출한 최상의 방식으로서 개시된 특정한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 첨부된 청구범위의 범위 안에 있는 모든 실시예를 포함한다는 것을 의도하고 하고 있다.

본 발명은 일반적으로 접근 감지시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 자동차 파워 리프트-게이트(power lift-gate), 동력작동 장치 또는 주변 시스템과 관련되어 수행되는 것과 같이 비접촉식 장애물 감지에 사용되는 연성 정전용량 스트립에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 비접촉식 장애물 감지 분야에 이용될 수 있다.

Claims

바닥면을 따라 패널(20)에 융통성 있게 설치되는 연장체(14);

상기 연장체의 상부(24) 내에 포함되어 있는 제1 연장형 평면컨덕터(22); 및

상기 연장체의 중앙부를 통하여 형성되며 상기 평면컨덕터와 상기 바닥면 사이에 배치된 종방향의 공동(26)을 포함하고,

상기 제1 연장형 평면컨덕터는 검출 커패시터의 제1 전극을 더 포함하고,

상기 종방향의 공동은 상기 검출 커패시터의 유전체 부분을 포함하는,

비접촉식 장애물 감지시스템에서 사용되는 연성 정전용량 스트립.
제1항에 있어서, 상기 패널은 상기 검출 커패시터의 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제1항에 있어서, 상기 평면컨덕터는 상기 제1 연장형 평면컨덕터와 상기 패널사이에 일정한 거리가 유지될 수 있도록 연성물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제1항에 있어서, 상기 연장체는 절연체(insulating material)를 압출하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제4항에 있어서, 상기 절연체는 산토프렌 고무(santoprene rubber)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제1항에 있어서, 상기 제1 연장형 평면컨덕터는 편조선(braided wire)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제6항에 있어서, 상기 편조선(braided wire)은 주석도금을 한 구리 재료로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제1항에 있어서, 상기 스트립은 상기 연장체의 상기 바닥면에 부착된 점착스트립(16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제4항에 있어서, 상기 절연체는 상기 제1 연장형 평면컨덕터를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제1항에 있어서, 상기 정전용량 스트립은 상기 연장체 안에 형성된 제2 연장형 평면컨덕터(28)를 더 포함하고,

상기 제2 연장형 평면컨덕터(28)는 상기 제1 연장형 평면컨덕터에 평행하게 배치되며,

상기 종방향 공동은 상기 제1 연장형 평면컨덕터와 제2 연장형 평면컨덕터 사이에 배치되고,

상기 제2 연장형 평면컨덕터는 상기 검출 커패시터의 제2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제10항에 있어서, 상기 연장체는 그 안에 한 쌍의 홈(27)을 가지고 있고, 상기 홈은 연장체가 그 안으로 활주되도록 하며 캐리어(29) 안에 장착되도록 하는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제11항에 있어서, 상기 절연체는 상기 제1 연장형 평면컨덕터를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.
제5항에 있어서, 상기 정전용량 스트립의 유전상수는 상기 종방향의 공동과 상기 산토프렌 고무 모두에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 연성 정전용량 스트립.