WO2014000891A2 - Capacitive sensor for a collision protection device - Google Patents
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- H03K2217/960775—Emitter-receiver or "fringe" type detection, i.e. one or more field emitting electrodes and corresponding one or more receiving electrodes
Definitions
- the collision protection device which is also referred to as anti-pinch device in this application, serves to avoid such a trapping case and the resulting risk of personal injury.
- a sinusoidal electrical alternating signal is usually used, which oscillates at a predetermined transmission frequency.
- the generation of such a sinusoidal signal requires a comparatively complicated circuit technique.
- a square-wave pulse signal is sometimes used as the transmission signal, which can be generated much less expensively by a simple switching element.
- such a rectangular pulse signal disadvantageously complies with a high harmonic content and is thus critical with respect to the electromagnetic compatibility (EMC) of the sensor.
- EMC electromagnetic compatibility
- the invention has for its object to provide an electromagnetically acceptable, but at the same time particularly simple capacitive sensor and a collision protection device with such a sensor.
- the sensor according to the invention comprises an electrode arrangement which comprises at least one sensor electrode.
- the sensor further comprises a signal generating circuit, which is connected upstream of the at least one sensor electrode and which serves to generate a transmission signal for this sensor electrode (s).
- the signal generation circuit generates the transmission signal as a pulse signal having a trapezoidal or triangular time pulse shape.
- a waveform is referred to as a trapezoidal pulse shape in which the signal strength in each pulse rises (or decreases) from at least approximately linear with time to a maximum (or minimum) signal value a given plateau time remains at least approximately constant, and only then again at least approximately linearly decreasing (or increasing) with time to a minimum (or maximum) signal level.
- the invention can basically be applied to capacitive sensors operating on the one-electrode principle, which sense the capacitance of their sensor electrode (s) to ground.
- the sensor is a capacitive sensor which operates according to the transmitter-receiver principle.
- the electrode arrangement preferably comprises at least one transmitting electrode and at least one receiving electrode as sensor electrodes.
- the signal generating circuit is connected upstream of the at least one transmitting electrode.
- the signal generation circuit generates the transmission signal in particular as a result of pulses whose edge rise time and / or flank descent time correspond to at least 1%, preferably at least 5%, in particular at least 10% of the total period duration.
- the period duration corresponds to the time that elapses between the start (or end) of a pulse and the beginning (or end) of the next pulse.
- the period duration thus includes the (temporal) pulse length as well as an optional interpulse time formed between two pulses.
- the signal generating circuit is essentially formed by a switching element and a downstream amplifier circuit. In this case, the switching element serves to generate a rectangular pulse signal which is converted by the amplifier circuit into the - triangular or trapezoidal - transmission signal.
- the amplifier circuit is limited in this case according to the desired pulse shape of the transmission signal, thus has a correspondingly low slew rate.
- the amplifier circuit is designed as an integrator.
- an electrical field F (merely indicated) is generated in an opening region of the adjusting element by application of an alternating electrical voltage to the or each transmitting electrode 5, while via the receiving electrode 6 the (electrical) capacitance of the field emitting transmitting electrode 5 and the Receiving electrode 6 formed capacitor is detected.
- the senor 2 includes a signal generating circuit 7, a receiving circuit 8, and a capacitance measuring element 9.
- the received signal SR is phase-synchronized with the transmission signal SE, thus having defined pulse edges between a high signal level and a low signal level, which coincide with the pulse edges of the transmission signal SE in time.
- the signal amplitude of the reception signal SR additionally varies depending on the capacitance to be measured.
- the received signal SR is supplied to the receiving circuit 8 as an input signal.
- the receiving electrode 6 and the receiving circuit 8 are optionally interposed with a low-pass filter (not explicitly shown) for prefiltering the received signal SR.
- the receiving circuit 8 is designed for example as a transimpedance amplifier.
- the receiving circuit 8 outputs a voltage signal, hereinafter referred to as the received signal SR ', which is proportional to the displacement current induced in the receiving electrode 6 under the effect of the transmission signal SE.
- This received signal SR ' is fed to the capacitance measuring element 9 connected downstream of the receiving circuit 8, which generates a capacitance-proportional measured variable K from this.
- the transmission signal SE is not an ordinary rectangular pulse signal but has a pulse signal with non-negligible temporal signal rise and fall regions, wherein the signal value in these ranges changes at least approximately linearly over time.
- the signal generation circuit 7 comprises a microcontroller 20 and an electronic integrating circuit downstream of it (hereinafter integrator 21).
- the integrator 21 is itself formed by an operational amplifier 22, an input resistor 23, which is connected upstream of the inverting input of the operational amplifier 22, a coupling capacitor 24, via which the output of the operational amplifier 22 is fed back to the inverting input, and a coupling capacitor 24 in parallel coupling resistance 25.
- the non-inverting input of the operational amplifier 22 is connected to ground M.
- the vertical, ie temporally instantaneous, rising and falling edges of the rectangular pulse signal R are ground by the downstream integrator 21 into "oblique", ie temporally linear rise and fall, edges of the transmission signal SE. flanks is determined by the circuitry dimensioning of the integrator 21.
- the input resistor 23 has an amount of 1 kQ
- the coupling capacitor 24 an amount of 100nF
- the coupling resistor 25 an amount of 1 ⁇ .
- the triangular pulse shape of the transmission signal SE according to FIG. 4 follows from the trapezoidal pulse shape according to FIG. 3 for the special case that the plateau time t P and the interpulse time ti go to zero.
- the edge rise time t R and the edge fall time t F respectively correspond to at least 10% of the period P.
- the ratio of the edge rise time t R or edge fall time t F to the period between 10% and 50% can be selected by correspondingly variable setting of the period P in the microcontroller 20.
- the microcontroller 20 or the control program implemented therein
- the integrator 21 may be designed such that the transmission signal S E output from the signal generation circuit 7 is asymmetrical in that the edge rise time t R is from the edge fall time t F and / or the Plateau time tp can differ from the interpulse time ti.
- the pulses 27 may also be defined as negative pulses, in which case each pulse starts with a falling edge and ends a rising edge.
- the function of this microcontroller 20 can also be used in the microcontroller of another integrated device.
- the monitoring unit 3 and the signal generation circuit 7 share a common microcontroller.
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Abstract
The invention relates to a capacitive sensor (2) for detecting an object, in particular for detecting the event of a collision in a mobile vehicle part. The sensor (2) comprises an electrode array (4) having at least one sensor electrode (6). The sensor (2) further comprises a signal generating circuit (7) located upstream of the at least one sensor electrode (5) for generating a transmission signal (SE), wherein the signal generating circuit (7) generates the transmission signal (SE) as a pulse signal having a trapezoid or triangular temporal pulse shape.
Description
Beschreibung description
Kapazitiver Sensor für eine Kollisionsschutzvorrichtung Capacitive sensor for a collision protection device
Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Sensor zur Detektion eines Objekts, insbesondere eines Körperteils einer Person oder eines Gegenstandes sowie auf eine Kollisionsschutzvorrichtung mit einem solchen Sensor. The invention relates to a capacitive sensor for detecting an object, in particular a body part of a person or an object, and to a collision protection device with such a sensor.
Kapazitive Sensoren werden in der Fahrzeugtechnik insbesondere im Rahmen einer Kollisionsschutzvorrichtung eingesetzt. Eine solche Kollisionsschutzvorrichtung dient allgemein zur Detektion eines Hindernisses in einem Öffnungsbereich eines Fahrzeugteils, das gegenüber einem festen Rahmen zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung beweglich ist. Bei dem - nachfolgend auch als„Verstellelement" bezeichneten - Fahrzeugteil handelt es sich insbesondere um eine Heckklappe. Ferner kann das zu überwachende Verstellelement auch eine Seitentür, eine Kofferraum- oder Motorraumklappe, ein Schiebedach oder ein Klappverdeck sein. Kollisionsschutzvorrichtungen werden dabei insbesondere dann eingesetzt, wenn das jeweils zugeordnete Verstellelement motorisch bewegt ist. Capacitive sensors are used in vehicle technology, in particular in the context of a collision protection device. Such a collision protection device is generally used to detect an obstacle in an opening portion of a vehicle part, which is movable relative to a fixed frame between an open position and a closed position. The vehicle part to be monitored may also be a side door, a trunk or engine compartment flap, a sunroof or a folding roof. when the respectively associated adjusting element is moved by a motor.
Als Öffnungsbereich wird der Raum bezeichnet, den das Verstellelement während einer Verstellbewegung durchstreift. Zu dem Öffnungsbereich des Verstellelements gehört insbesondere der Raumbereich, der zwischen einer Schließkante des Verstellelements und einer korrespondierenden Kante des Rahmens angeordnet ist, an der das Verstellelement in der Schließstellung mit seiner Schließkante anliegt. The opening area is the space through which the adjustment element passes during an adjustment movement. The opening region of the adjusting element particularly includes the space region which is arranged between a closing edge of the adjusting element and a corresponding edge of the frame, against which the adjusting element rests in the closed position with its closing edge.
Beim Schließen von Verstellelementen eines Fahrzeugs, insbesondere einer Heckklappe, besteht häufig die Gefahr, dass Körperteile oder sonstige Gegenstände zwischen der Schließkante des Verstellelementes und der Karosserie eingeklemmt werden. Die in diesem Anwendungsfall auch als Einklemmschutzvorrichtung bezeichnete Kollisionsschutzvorrichtung dient zur Vermeidung eines solchen Einklemmfalls und der daraus resultierenden Gefahr eines Personen- When closing adjusting elements of a vehicle, in particular a tailgate, there is often the risk that body parts or other objects between the closing edge of the adjusting element and the body are clamped. The collision protection device, which is also referred to as anti-pinch device in this application, serves to avoid such a trapping case and the resulting risk of personal injury.
BESTÄTIGUNGSKOPIE
und/oder Sachschadens, indem die Kollisionsschutzvorrichtung Hindernisse im Öffnungsbereich erkennt und in diesem Fall die Schließbewegung stoppt oder reversiert. CONFIRMATION COPY and / or material damage, in that the collision protection device detects obstacles in the opening area and in this case stops or reverses the closing movement.
Eine Kollisionsschutzvorrichtung kann des Weiteren auch eingesetzt werden, um Hindernisse zu erkennen, die der Öffnung des Verstellelements im Wege stehen. Auch in diesem Anwendungsfall stoppt oder reversiert die Kollisionsschutzvorrichtung die Bewegung des Verstellelements, wenn sie ein solches Hindernis erkennt, um einen Sachschaden infolge einer Kollision des Verstellelements mit dem Hindernis zu vermeiden. Furthermore, a collision protection device can also be used to detect obstacles that are in the way of the opening of the adjustment element. Also in this application, the collision protection device stops or reverses the movement of the adjustment when it detects such an obstacle to avoid damage to property due to a collision of the adjustment with the obstacle.
Es wird zwischen indirekten und direkten Kollisionsschutzvorrichtungen unterschieden. Eine indirekte Kollisionsschutzvorrichtung erkennt den Kollisionsfall (insbesondere Einklemmfall) anhand einer Überwachung einer Betriebsgröße des das Verstellelement antreibenden Stellmotors, insbesondere an einem abnormalen Anstieg des Motorstroms oder einer abnormalen Abnahme der Motordrehzahl. A distinction is made between indirect and direct collision protection devices. An indirect collision protection device detects the collision case (in particular Einklemmfall) based on monitoring an operating variable of the adjusting element driving servomotor, in particular an abnormal increase in the motor current or an abnormal decrease in the engine speed.
Eine direkte Kollisionsschutzvorrichtung umfasst dagegen üblicherweise einen oder mehrere Sensoren, die eine für die Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Hindernisses im Öffnungsbereich charakteristische Messgröße erfassen, sowie eine Auswerteeinheit, die anhand dieser Messgröße entscheidet, ob ein Hindernis im Öffnungsbereich vorliegt und gegebenenfalls entsprechende Gegenmaßnahmen auslöst. Unter den direkten Kollisionsschutzvorrichtungen unterscheidet man wiederum Systeme mit so genannten Berührungssensoren, die die Anwesenheit eines Hindernisses erst anzeigen, wenn das Hindernis den Sensor bereits berührt, und Systeme mit berührungslosen Sensoren, die ein Hindernis bereits in einem gewissen Abstand zu dem Sensor detektieren. Zu den berührungslosen Sensoren gehören insbesondere so genannte kapazitive (Näherungs-)Sensoren. By contrast, a direct collision protection device usually comprises one or more sensors which detect a measured variable which is characteristic for the presence or absence of an obstacle in the opening region, and an evaluation unit which uses this measured variable to decide whether an obstacle is present in the opening region and, if appropriate, triggers appropriate countermeasures. Among the direct collision avoidance devices, a distinction is again made between systems with so-called touch sensors, which only detect the presence of an obstacle when the obstacle already touches the sensor, and systems with contactless sensors, which detect an obstacle already at a certain distance from the sensor. Non-contact sensors include in particular so-called capacitive (proximity) sensors.
Ein kapazitiver Sensor umfasst eine Elektrodenanordnung mit einer oder mehreren Elektroden, über die ein elektrisches Feld im Öffnungsbereich des Verstellelements aufgebaut wird. Ein Hindernis im Öffnungsbereich wird durch Überwachung
der Kapazität der Elektrodenanordnung erkannt. Hierbei wird ausgenutzt, dass ein Hindernis, insbesondere ein menschliches Körperteil das von dem Sensor erzeugte elektrische Feld, und somit die Kapazität der Elektrodenanordnung beeinflusst. A capacitive sensor comprises an electrode arrangement with one or more electrodes, via which an electric field is built up in the opening region of the adjusting element. An obstacle in the opening area is by monitoring recognized the capacity of the electrode assembly. In this case, use is made of the fact that an obstacle, in particular a human body part, influences the electric field generated by the sensor, and thus the capacitance of the electrode arrangement.
In einer üblichen Bauform eines solchen kapazitiven Sensors umfasst die Elektrodenanordnung dieses Sensors mindestens eine Sendeelektrode, die mit einem Signalerzeugungsschaltkreis verschaltet ist, sowie eine Empfangselektrode, die mit einem Empfangsschaltkreis verbunden ist (Sender-Empfänger-Prinzip). Ein solcher Sensor misst die zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode gebildete Kapazität oder eine damit korrelierende Messgröße. In a conventional design of such a capacitive sensor, the electrode arrangement of this sensor comprises at least one transmitting electrode, which is connected to a signal generating circuit, and a receiving electrode, which is connected to a receiving circuit (transmitter-receiver principle). Such a sensor measures the capacitance formed between the transmitting electrode and the receiving electrode or a measured variable correlating therewith.
In einer alternativen Bauform umfasst die Elektrodenanordnung eines kapazitiven Sensors nur eine Sensorelektrode oder mehrere gleichartige Sensorelektroden, die mit dem Sendesignal beaufschlagt werden, und über die auch das kapazitätsabhängige Empfangs- oder Antwortsignal, z.B. in Form des Verschiebestroms, erfasst wird (Ein-Elektroden-Prinzip). Bei einem solchen Sensor wird als Gegenelektrode ein sensorexterner, auf assepotential liegender Gegenstand herangezogen, insbesondere die Karosserie des Fahrzeugs, in dem der Sensor eingebaut ist. Bei einem solchen Sensor wird somit als Messgröße die Kapazität der Sensorelektrode(n) gegen Masse erfasst. In an alternative design, the electrode arrangement of a capacitive sensor comprises only one sensor electrode or a plurality of similar sensor electrodes, which are acted upon by the transmission signal, and via which also the capacity-dependent reception or response signal, e.g. in the form of the displacement current, is detected (one-electrode principle). In such a sensor, a sensor external, assepotential object is used as the counter electrode, in particular the body of the vehicle in which the sensor is installed. In such a sensor, the capacitance of the sensor electrode (s) is thus detected as mass to mass.
Eine zur Überwachung des Öffnungsbereichs einer Heckklappe vorgesehene Kollisionsschutzvorrichtung bzw. Einklemmschutzvorrichtung mit einem kapazitiven Sensor ist aus DE 20 2007 008 440 U1 bekannt. An intended for monitoring the opening area of a tailgate collision protection device or anti-trap device with a capacitive sensor is known from DE 20 2007 008 440 U1.
Als Sendesignal wird meist ein sinusförmiges elektrisches Wechselsignal herangezogen, das mit einer vorgegebenen Sendefrequenz oszilliert. Nachteiligerweise erfordert die Erzeugung eines solchen Sinussignals eine vergleichsweise aufwändige Schaltungstechnik. Alternativ hierzu wird als Sendesignal mitunter ein Rechteckpulssignal herangezogen, das wesentlich unaufwändiger durch ein einfaches Schaltglied erzeugbar ist. Nachteiligerweise einhält ein solches Rechteckpulssignal aber einen hohen Oberwellenanteil und ist somit kritisch in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Sensors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetisch verträglichen, gleichzeitig aber besonders einfachen kapazitiven Sensor sowie eine Kollisionsschutzvorrichtung mit einem solchen Sensor anzugeben. As a transmission signal, a sinusoidal electrical alternating signal is usually used, which oscillates at a predetermined transmission frequency. Disadvantageously, the generation of such a sinusoidal signal requires a comparatively complicated circuit technique. Alternatively, a square-wave pulse signal is sometimes used as the transmission signal, which can be generated much less expensively by a simple switching element. However, such a rectangular pulse signal disadvantageously complies with a high harmonic content and is thus critical with respect to the electromagnetic compatibility (EMC) of the sensor. The invention has for its object to provide an electromagnetically acceptable, but at the same time particularly simple capacitive sensor and a collision protection device with such a sensor.
Bezüglich des Sensors wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der Kollisionsschutzvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. With respect to the sensor, the above object is achieved by the features of claim 1. With respect to the collision protection device, the object is achieved by the features of claim 7. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Sensor umfasst eine Elektrodenanordnung, die mindestens eine Sensorelektrode umfasst. Der Sensor umfasst des Weiteren einen Signalerzeugungsschaltkreis, der der mindestens einen Sensorelektrode vorgeschaltet ist und der zur Erzeugung eines Sendesignals für diese Sensorelektrode(n) dient. Erfindungsgemäß erzeugt der Signalerzeugungsschaltkreis hierbei das Sendesignal als Pulssignal mit einer trapezförmigen oder dreieckförmigen zeitlichen Pulsform. The sensor according to the invention comprises an electrode arrangement which comprises at least one sensor electrode. The sensor further comprises a signal generating circuit, which is connected upstream of the at least one sensor electrode and which serves to generate a transmission signal for this sensor electrode (s). According to the invention, the signal generation circuit generates the transmission signal as a pulse signal having a trapezoidal or triangular time pulse shape.
Als dreieckförmige Pulsform wird hierbei ein Signalverlauf bezeichnet, bei der die Signalstärke - insbesondere die elektrische Spannung - des Sendesignals in jedem Puls ausgehend von einem minimalen (bzw. maximalen) Signalwert zumindest näherungsweise linear mit der Zeit bis zu einem maximalen (bzw. minimalen) Signalwert ansteigt (bzw. abfällt), und unmittelbar darauffolgend wieder zumindest näherungsweise linear mit der Zeit bis zu einem minimalen (bzw. maximalen) Signalwert abfällt (bzw. ansteigt). In this case, a triangular pulse form denotes a signal course in which the signal strength-in particular the electrical voltage-of the transmission signal in each pulse proceeds at least approximately linearly with time up to a maximum (or minimum) signal value, starting from a minimum (or maximum) signal value rises (or falls), and immediately thereafter at least approximately linearly decreases (or increases) with time to a minimum (or maximum) signal value.
Als trapezförmige Pulsform wird dagegen ein Signalverlauf bezeichnet, bei der die Signalstärke in jeden Puls ausgehend von einem minimalen (bzw. maximalen) Signalwert zumindest näherungsweise linear mit der Zeit bis zu einem maximalen (bzw. minimalen) Signalwert ansteigt (bzw. abfällt), für eine vorgegebene Plateauzeit zumindest näherungsweise konstant bleibt, und erst hierauf wieder zumindest
näherungsweise linear mit der Zeit bis zu einem minimalen (bzw. maximalen) Signalwert abfällt (bzw. ansteigt). In contrast, a waveform is referred to as a trapezoidal pulse shape in which the signal strength in each pulse rises (or decreases) from at least approximately linear with time to a maximum (or minimum) signal value a given plateau time remains at least approximately constant, and only then again at least approximately linearly decreasing (or increasing) with time to a minimum (or maximum) signal level.
Das Sendesignal ist vorzugsweise bezüglich eines Vorzeichenwechsels versetzt symmetrisch. In diesem Fall schließen bei dreieckförmiger Pulsform die Pulse zeitlich unmittelbar aneinander an, während im Falle der trapezförmigen Pulsform zwei aufeinanderfolgende Pulse durch eine der Plateauzeit entsprechende Inter- pulszeit getrennt sind. Die Pulse des Sendesignals können im Rahmen der Erfindung abweichend aber auch durch längere Interpulszeiten getrennt sein. The transmission signal is preferably symmetrically offset with respect to a change of sign. In this case, in the case of a triangular pulse shape, the pulses adjoin one another directly in time, while in the case of the trapezoidal pulse shape, two successive pulses are separated by an impulse time corresponding to the plateau time. In the context of the invention, however, the pulses of the transmission signal may also be separated by longer interpulse times.
Die Erzeugung des Sendesignals als dreieck- oder trapezförmiges Pulssignal hat den Vorteil, dass das Sendesignal einerseits - wie ein Rechteckpulssignal - durch einfaches Schalten erzeugbar ist. Gegenüber einem Rechteckpulssignal hat das erfindungsgemäße Sendesignal aber wiederum den Vorteil, dass es nur vergleichsweise schwache Oberwellenanteile aufweist, was sich positiv auf die elektromagnetische Verträglichkeit des Sensors auswirkt. The generation of the transmission signal as a triangular or trapezoidal pulse signal has the advantage that the transmission signal on the one hand - as a rectangular pulse signal - can be generated by simple switching. In contrast to a square-wave pulse signal, however, the transmission signal according to the invention again has the advantage that it has only comparatively weak harmonic components, which has a positive effect on the electromagnetic compatibility of the sensor.
Die Erfindung kann grundsätzlich auf nach dem Ein-Elektroden-Prinzip arbeitende kapazitive Sensoren angewendet werden, die die Kapazität ihrer Sensorelektrode(n) gegen Masse sensieren. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sensor aber um einen kapazitiven Sensor, der nach dem Sender-Empfänger-Prinzip arbeitet. Entsprechend umfasst die Elektrodenanordnung bevorzugt als Sensorelektroden mindestens eine Sendeelektrode und mindestens eine Empfangselektrode. Der Signalerzeugungsschaltkreis ist hier der mindestens einen Sendeelektrode vorgeschaltet. The invention can basically be applied to capacitive sensors operating on the one-electrode principle, which sense the capacitance of their sensor electrode (s) to ground. Preferably, however, the sensor is a capacitive sensor which operates according to the transmitter-receiver principle. Accordingly, the electrode arrangement preferably comprises at least one transmitting electrode and at least one receiving electrode as sensor electrodes. The signal generating circuit is connected upstream of the at least one transmitting electrode.
In bevorzugter Dimensionierung erzeugt der Signalerzeugungsschaltkreis das Sendesignal insbesondere als Folge von Pulsen, deren Flankenanstiegszeit und/oder Flankenabstiegszeit mindestens 1 %, vorzugsweise mindestens 5%, insbesondere mindestens 10% der gesamten Periodendauer entspricht. Die Periodendauer entspricht hierbei der Zeit, die zwischen dem Beginn (oder Ende) eines Pulses und dem Beginn (bzw. Ende) des nächstfolgenden Pulses verstreicht. Die Periodendauer umfasst somit die (zeitliche) Pulslänge sowie eine gegebenenfalls zwischen zwei Pulsen gebildete Interpulszeit.
In besonders einfacher Bauform ist der Signalerzeugungsschaltkreis im Wesentlichen durch ein Schaltglied und eine nachgeschaltete Verstärkerschaltung gebildet. Das Schaltglied dient hierbei zur Erzeugung eines Rechteckpulssignals, das durch die Verstärkerschaltung in das - dreieck- oder trapezförmige - Sendesignal umgewandelt wird. Die Verstärkerschaltung ist hierbei entsprechend der gewünschten Pulsform des Sendesignals anstiegsbegrenzt, weist also eine entsprechend niedrige Slew Rate auf. In einer bevorzugten Ausbildungsform ist die Verstärkerschaltung als Integrierer ausgebildet. In preferred dimensioning, the signal generation circuit generates the transmission signal in particular as a result of pulses whose edge rise time and / or flank descent time correspond to at least 1%, preferably at least 5%, in particular at least 10% of the total period duration. The period duration corresponds to the time that elapses between the start (or end) of a pulse and the beginning (or end) of the next pulse. The period duration thus includes the (temporal) pulse length as well as an optional interpulse time formed between two pulses. In a particularly simple design, the signal generating circuit is essentially formed by a switching element and a downstream amplifier circuit. In this case, the switching element serves to generate a rectangular pulse signal which is converted by the amplifier circuit into the - triangular or trapezoidal - transmission signal. The amplifier circuit is limited in this case according to the desired pulse shape of the transmission signal, thus has a correspondingly low slew rate. In a preferred embodiment, the amplifier circuit is designed as an integrator.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltungsvariante umfasst der Sensor einen Mikro- controller. In diesem Fall ist ein Digitalausgang des MikroControllers vorzugsweise als Schaltglied zur Erzeugung des Rechteckpulssignals herangezogen. In an expedient embodiment variant, the sensor comprises a microcontroller. In this case, a digital output of the microcontroller is preferably used as a switching element for generating the square-wave pulse signal.
Die erfindungsgemäße Kollisionsschutzvorrichtung umfasst einen kapazitiven Sensor der vorstehend beschriebenen Art. The collision protection device according to the invention comprises a capacitive sensor of the type described above.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen: Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to a drawing. Show:
Fig. 1 in einem schematischen Blockschaltbild eine Einklemmschutzvorrichtung zur Erkennung und Vermeidung eines Einklemmfalls bei einem beweglichen Fahrzeugteil, mit einem kapazitiven Sensor, der eine Sendeelektrode, eine Empfangselektrode, einen der Sendeelektrode vorgeschalteten Signalerzeugungsschaltkreis sowie einen der Empfangselektrode nachgeschalteten Empfangsschaltkreis umfasst, 1 is a schematic block diagram of an anti-pinch device for detecting and avoiding a trapping case in a movable vehicle part, comprising a capacitive sensor comprising a transmitting electrode, a receiving electrode, a signal generating circuit connected upstream of the transmitting electrode, and a receiving circuit connected downstream of the receiving electrode,
Fig. 2 in einem vereinfachten elektrischen Schaltbild den Aufbau des Signalerzeugungsschaltkreises, der hier durch einen Mikrocontroller mit einem als Schaltglied zur Erzeugung einer Rechteckpulsspannung dienenden Digitalausgang sowie durch einen nachgeschalteten Integrierer gebildet ist, sowie
Fig. 3 und 4 zwei Varianten eines mittels des Signalerzeugungsschaltkreises gemäß Fig. 2 erzeugbaren Sendesignals. 2 shows in a simplified electrical circuit diagram the construction of the signal generation circuit, which is formed here by a microcontroller having a digital output serving as a switching element for generating a rectangular pulse voltage and by a downstream integrator, as well as FIGS. 3 and 4 show two variants of a transmission signal which can be generated by means of the signal generation circuit according to FIG. 2.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Einklemmschutzvorrichtung 1 für ein (nicht näher dargestelltes) bewegliches Verstellelement eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine motorisch bewegte Tür oder Heckklappe. Die Einklemmschutzvorrichtung 1 umfasst einen kapazitiven Sensor 2 sowie eine Überwachungseinheit 3. Fig. 1 shows a schematic representation of an anti-trap device 1 for a (not shown) movable adjusting a motor vehicle, in particular a motorized door or tailgate. The anti-pinch device 1 comprises a capacitive sensor 2 and a monitoring unit 3.
Der Sensor 2 basiert auf einer kapazitiven Messtechnik. Der Sensor 2 umfasst eine Elektrodenanordnung 4 mit mindestens einer Sendeelektrode 5 sowie mindestens einer Gegenelektrode bzw. Empfangselektrode 6. Bevorzugt umfasst die Elektrodenanordnung 4 (in nicht näher dargestellter Weise) eine Mehrzahl von Sendeelektroden 5, die mit einer gemeinsamen Empfangselektrode 6 wechselwirken. The sensor 2 is based on a capacitive measuring technique. The sensor 2 comprises an electrode arrangement 4 with at least one transmitting electrode 5 and at least one counterelectrode or receiving electrode 6. The electrode arrangement 4 preferably comprises (not shown in detail) a plurality of transmitting electrodes 5 which interact with a common receiving electrode 6.
Im Betrieb des Sensors 2 wird durch Applikation einer elektrischen Wechselspannung auf die oder jede Sendeelektrode 5 ein (lediglich angedeutetes) elektrisches Feld F in einem Öffnungsbereich des Verstellelements erzeugt, während über die Empfangselektrode 6 die (elektrische) Kapazität des aus der feldemittierenden Sendeelektrode 5 und der Empfangselektrode 6 gebildeten Kondensators erfasst wird. During operation of the sensor 2, an electrical field F (merely indicated) is generated in an opening region of the adjusting element by application of an alternating electrical voltage to the or each transmitting electrode 5, while via the receiving electrode 6 the (electrical) capacitance of the field emitting transmitting electrode 5 and the Receiving electrode 6 formed capacitor is detected.
Im Einzelnen umfasst der Sensor 2 zusätzlich zu der Elektrodenanordnung 4 einen Signalerzeugungsschaltkreis 7, einen Empfangsschaltkreis 8 und ein Kapazitätsmessglied 9. More specifically, in addition to the electrode assembly 4, the sensor 2 includes a signal generating circuit 7, a receiving circuit 8, and a capacitance measuring element 9.
Im Betrieb des Sensors 2 erzeugt der Signalerzeugungsschaltkreis 7 ein Sendesignal SE in Form eines Pulssignals. Der Signalerzeugungsschaltkreis 7 gibt das Sendesignal SE auf die Sendeelektrode 5, die unter Wirkung des Sendesignals SE
das elektrische Feld F emittiert. Sofern der Sensor 2 mehrere Sendeelektroden 5 umfasst, ist dem Signalerzeugungsschaltkreis 7 und der Elektrodenanordnung 4 vorzugsweise ein (nicht näher dargestellter) Zeitmultiplexer zwischengeschaltet, der das Sendesignal SE zeitlich alternierend auf jeweils eine der mehreren Sendeelektroden 5 gibt. In the operation of the sensor 2, the signal generating circuit 7 generates a transmission signal SE in the form of a pulse signal. The signal generation circuit 7 outputs the transmission signal SE to the transmission electrode 5, which, under the action of the transmission signal S E the electric field F emitted. If the sensor 2 comprises a plurality of transmitting electrodes 5, the signal generating circuit 7 and the electrode arrangement 4 are preferably interposed by a time multiplexer (not illustrated), which alternately outputs the transmitting signal SE to one of the plurality of transmitting electrodes 5 in each case.
Unter Wirkung des elektrischen Feldes F wird in der Empfangselektrode 6 ein elektrisches Wechselsignal erzeugt, das nachfolgend als Empfangssignal SR bezeichnet ist. Das Empfangssignal SR ist phasensynchron mit dem Sendesignal SE, weist also definierte Pulsflanken zwischen einem hohen Signallevel und einem niedrigen Signallevel auf, die mit den Pulsflanken des Sendesignals SE zeitlich übereinstimmen. Im Gegensatz zu dem Sendesignal SE variiert die Signalamplitude des Empfangssignals SR aber zusätzlich in Abhängigkeit von der zu messenden Kapazität. Under the action of the electric field F, an electrical alternating signal is generated in the receiving electrode 6, which is referred to below as the received signal SR. The received signal SR is phase-synchronized with the transmission signal SE, thus having defined pulse edges between a high signal level and a low signal level, which coincide with the pulse edges of the transmission signal SE in time. In contrast to the transmission signal SE, the signal amplitude of the reception signal SR additionally varies depending on the capacitance to be measured.
Das Empfangssignal SR ist dem Empfangsschaltkreis 8 als Eingangssignal zugeführt. Der Empfangselektrode 6 und dem Empfangsschaltkreis 8 ist hierbei optional ein (nicht explizit dargestellter) Tiefpass zur Vorfilterung des Empfangssignals SR zwischengeschaltet. Der Empfangsschaltkreis 8 ist beispielsweise als Transimpedanzverstärker ausgebildet. In dieser Ausführung gibt der Empfangsschaltkreis 8 ein - nachfolgend als Empfangssignal SR' bezeichnetes - Spannungssignal aus, das proportional zu dem unter Wirkung des Sendesignals SE in der Empfangselektrode 6 induzierten Verschiebestroms ist. Dieses Empfangssignal SR' wird dem der Empfangsschaltung 8 nachgeschalteten Kapazitätsmessglied 9 zugeführt, das hieraus eine kapazitätsproportionale Messgröße K erzeugt. The received signal SR is supplied to the receiving circuit 8 as an input signal. In this case, the receiving electrode 6 and the receiving circuit 8 are optionally interposed with a low-pass filter (not explicitly shown) for prefiltering the received signal SR. The receiving circuit 8 is designed for example as a transimpedance amplifier. In this embodiment, the receiving circuit 8 outputs a voltage signal, hereinafter referred to as the received signal SR ', which is proportional to the displacement current induced in the receiving electrode 6 under the effect of the transmission signal SE. This received signal SR 'is fed to the capacitance measuring element 9 connected downstream of the receiving circuit 8, which generates a capacitance-proportional measured variable K from this.
Die Messgröße K wird der dem Sensor 2 nachgeschalteten Überwachungseinheit 3 zugeführt. Die Überwachungseinheit 3, die vorzugsweise durch einen Mikrocon- troller mit einer darin implementierten Überwachungssoftware gebildet ist, vergleicht die Messgröße K mit einem hinterlegten Auslöseschwellwert. Bei Schwellwertüberschreitung gibt die Überwachungseinheit 3 ein Auslösesignal A aus, das auf einen möglichen Einklemmfall hinweist, und unter dessen Wirkung die Bewe-
gung des der Einklemmschutzvorrichtung 1 zugeordneten Verstellelements reversiert wird. The measured variable K is supplied to the sensor 2 downstream monitoring unit 3. The monitoring unit 3, which is preferably formed by a microcontroller with monitoring software implemented therein, compares the measured variable K with a stored trigger threshold value. If the threshold value is exceeded, the monitoring unit 3 outputs a triggering signal A which indicates a possible trapping case, and under whose effect the motion tion of the anti-trap device 1 associated adjustment is reversed.
Bei dem Sendesignal SE handelt es sich nicht um ein gewöhnliches Rechteckpulssignal, sondern um ein Pulssignal mit nicht vernachlässigbaren zeitlichen Signalanstiegs- und Signalabfallbereichen aufweist, wobei sich der Signalwert in diesen Bereichen zumindest näherungsweise zeitlich linear ändert. Zur Erzeugung dieses Sendesignals SE umfasst der Signalerzeugungsschaltkreis 7 gemäß Fig. 2 einen Mikrocontroller 20 sowie einen diesem nachgeschalteten elektronischen Integrierschaltkreis (nachfolgend Integrierer 21 ). Der Integrierer 21 ist seinerseits gebildet durch einen Operationsverstärker 22, einen Eingangswiderstand 23, der dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 22 vorgeschaltet ist, einen Koppelkondensator 24, über den der Ausgang des Operationsverstärkers 22 mit dem invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, sowie einen dem Koppelkondensator 24 parallelgeschalteten Koppelwiderstand 25. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 22 ist auf Masse M gelegt. The transmission signal SE is not an ordinary rectangular pulse signal but has a pulse signal with non-negligible temporal signal rise and fall regions, wherein the signal value in these ranges changes at least approximately linearly over time. In order to generate this transmission signal SE, the signal generation circuit 7 according to FIG. 2 comprises a microcontroller 20 and an electronic integrating circuit downstream of it (hereinafter integrator 21). The integrator 21 is itself formed by an operational amplifier 22, an input resistor 23, which is connected upstream of the inverting input of the operational amplifier 22, a coupling capacitor 24, via which the output of the operational amplifier 22 is fed back to the inverting input, and a coupling capacitor 24 in parallel coupling resistance 25. The non-inverting input of the operational amplifier 22 is connected to ground M.
Der Integrierer 21 ist seinerseits gebildet durch einen Operationsverstärker 22, eine Eingangswiderstand 23, der dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 22 vorgeschaltet ist, einen Koppelkondensator 24, über den der Ausgang des Operationsverstärkers 22 mit dem invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, sowie einen dem Koppelkondensator 24 parallelgeschalteten Koppelwiderstand 25. Der digitale Ausgang 26 wird als Schaltglied zur Erzeugung eines Rechteckpulssignals R verwendet, indem der Mikrocontroller 20 unter Wirkung eines darin implementierten Steuerprogramms den Digitalausgang 26 zeitlich alternierend (insbesondere periodisch) zwischen einem hohen Spannungswert (z.B. +5V) und einem niedrigen Spannungswert (z.B. -5V). Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 22 ist auf Masse M (0V) oder ein sonstiges, mittig zwischen den Spannungswerten des Rechteckpulssignals R liegendes Bezugspotential gelegt. Die senkrechten, d.h. zeitlich instantanen Anstiegs- und Abfallflanken des Rechteckpulssignals R werden durch den nachgeschalteten Integrierer 21 zu „schrägen", d.h. zeitlich linearen Anstiegs- und Abfallflanken des Sendesignals SE verschliffen. Die Steigung des Signalwertes im Bereich der Anstiegs- und Abfall-
flanken ist dabei durch die schaltungstechnische Dimensionierung des Integrierers 21 festgelegt. In geeigneter Dimensionierung haben beispielsweise der Eingangswiderstand 23 einen Betrag von 1 kQ, der Koppelkondensator 24 einen Betrag von 100nF und der Koppelwiderstand 25 einen Betrag von 1 ΜΩ. The integrator 21 is itself formed by an operational amplifier 22, an input resistor 23, which is connected upstream of the inverting input of the operational amplifier 22, a coupling capacitor 24, via which the output of the operational amplifier 22 is fed back to the inverting input, and a coupling capacitor 24 in parallel coupling resistance 25. The digital output 26 is used as a switching element for generating a rectangular pulse signal R by the microcontroller 20 under the action of a control program implemented therein the digital output 26 temporally alternating (in particular periodically) between a high voltage value (eg + 5V) and a low voltage value (eg -5V). The non-inverting input of operational amplifier 22 is connected to ground M (0V) or other reference potential located midway between the voltage values of the rectangular pulse signal R. The vertical, ie temporally instantaneous, rising and falling edges of the rectangular pulse signal R are ground by the downstream integrator 21 into "oblique", ie temporally linear rise and fall, edges of the transmission signal SE. flanks is determined by the circuitry dimensioning of the integrator 21. In suitable dimensioning, for example, the input resistor 23 has an amount of 1 kQ, the coupling capacitor 24 an amount of 100nF and the coupling resistor 25 an amount of 1 Ω.
Die resultierende Signalform des Sendesignals SE kann hierbei durch Vorgabe der Frequenz, und somit der Periodendauer P (Fig. 3) der Rechteckpulssignals R vorgegeben werden. Sofern diese Periodendauer P größer gewählt ist als die zweifache Flankenanstiegszeit tR (Fig. 3) des Sendesignals SE, ergibt sich für das Sendesignal SE eine trapezförmige Pulsform, die beispielhaft in Fig. 3 in einem Diagramm des Sendesignals SE gegen die Zeit t dargestellt ist. Ansonsten nimmt das Sendesignal SE eine beispielhaft in Fig. 4 dargestellte, dreieckige Pulsform an. Die Periodendauer P, mit der der MikroController 20 das Rechteckpulssignal erzeugt, kann durch das im MikroController 20 implementierte Steuerprogramm fest vorgegeben sein. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Periodendauer P - durch Parametrierung des Steuerprogramms oder automatisch in Abhängigkeit von dem MikroController 20 zugeführten Umgebungsvariablen - veränderlich (d.h. in Form einer Programmvariable) implementiert ist. The resulting signal form of the transmission signal SE can hereby be specified by specifying the frequency, and thus the period P (FIG. 3), of the rectangular pulse signal R. If this period P is chosen to be greater than twice the rising edge time tR (FIG. 3) of the transmission signal SE, the result is a trapezoidal pulse shape for the transmission signal S E , which is shown by way of example in FIG. 3 in a diagram of the transmission signal SE versus time t , Otherwise, the transmission signal SE assumes a triangular pulse shape which is shown by way of example in FIG. 4. The period P, with which the microcontroller 20 generates the square-wave pulse signal, can be fixed by the control program implemented in the microcontroller 20. Alternatively, it can be provided that the period P - by parameterization of the control program or automatically in response to the microcontroller 20 supplied environment variables - is implemented variable (ie in the form of a program variable).
Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, weist im Falle einer trapezförmigen Pulsform jeder Puls 27 des Sendesignals SE eine Anstiegsflanke 28, eine Abfallflanke 29 und ein dazwischen gebildetes Plateau 30 auf, wobei in der Anstiegsflanke 28 der Signalwert des Sendesignals SE innerhalb der Flankenanstiegszeit tR zeitlich linear von Null auf einen Maximalwert ansteigt, As can be seen from FIG. 3, in the case of a trapezoidal pulse shape, each pulse 27 of the transmission signal SE has a rising edge 28, a falling edge 29 and a plateau 30 formed therebetween, wherein in the rising edge 28 the signal value of the transmitting signal SE within the rising edge time tR is temporal increases linearly from zero to a maximum value,
im Plateau 30 der Signalwert auf dem Maximalwert für die Dauer einer Plateauzeit tp konstant bleibt, und in plateau 30, the signal value remains constant at the maximum value for the duration of a plateau time tp, and
innerhalb der Abfallflanke 29 der Signalwert innerhalb einer Flankenabfallszeit t,F wiederum zeitlich linear von dem Maximalwert auf Null zurückfällt. within the falling edge 29, the signal value within a fall time t, F again falls linearly from the maximum value to zero in time.
Die Pulse 27 sind hierbei jeweils zeitlich symmetrisch, so dass die Flankenabfallszeit tF der Flankenanstiegszeit tR der Größe nach entspricht. Die gesamte Puls-
dauer D ergibt sich somit aus der Summe der Flankenanstiegszeit tR, der Plateauzeit tP und der Flankenabfallszeit tF. Zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Pulsen 27 ist eine Interpulszeit ti gebildet, die der Größe nach der Plateauzeit tR entspricht, und die in Summe mit der Pulsdauer D die Periodendauer P ergibt. In this case, the pulses 27 are each time-symmetrical, so that the edge fall time t F corresponds to the edge rise time t R in terms of size. The entire pulse duration D thus results from the sum of the edge rise time t R , the plateau time t P and the edge fall time tF. Between each two successive pulses 27, an interpulse time ti is formed, which corresponds to the size of the plateau time t R , and in sum with the pulse duration D results in the period P.
Wie aus dem Vergleich der Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, folgt die dreieckige Pulsform des Sendesignals SE gemäß Fig. 4 aus der trapezförmigen Pulsform gemäß Fig. 3 für den Spezialfall, dass die Plateauzeit tP und die Interpulszeit ti gegen Null gehen. As can be seen from the comparison of FIGS. 3 and 4, the triangular pulse shape of the transmission signal SE according to FIG. 4 follows from the trapezoidal pulse shape according to FIG. 3 for the special case that the plateau time t P and the interpulse time ti go to zero.
Durch entsprechende Auslegung des Integrierers 21 und des im Mikrocontroller 20 implementierten Steuerprogramms ist sichergestellt, dass die Flankenanstiegszeit tR sowie die Flankenabfallszeit tF jeweils mindestens 10% der Periodendauer P entsprechen. Insbesondere ist vorgesehen, dass durch entsprechend variable Einstellung der Periodendauer P im Mikrocontroller 20 das Verhältnis der Flankenanstiegszeit tR bzw. Flankenabfallszeit tF zur Periodendauer zwischen 10% und 50% gewählt werden kann. By appropriate design of the integrator 21 and the control program implemented in the microcontroller 20, it is ensured that the edge rise time t R and the edge fall time t F respectively correspond to at least 10% of the period P. In particular, it is provided that the ratio of the edge rise time t R or edge fall time t F to the period between 10% and 50% can be selected by correspondingly variable setting of the period P in the microcontroller 20.
Obwohl die Erfindung an dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besonders deutlich wird, ist sie hierauf nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann anhand der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können der Mikrocontroller 20 (bzw. das darin implementierte Steuerprogramm) und der Integrierer 21 derart gestaltet sein, dass das von dem Signalerzeugungsschaltkreis 7 ausgegebene Sendesignal SE unsymmetrisch ist insofern, als sich die Flankenanstiegszeit tR von der Flankenabfallszeit tF und/oder die Plateauzeit tp von der Interpulszeit ti unterscheiden können. Vollständig äquivalent zu der vorstehenden Beschreibung können die Pulse 27 ferner auch als negative Pulse definiert werden, wobei in diesem Fall jeder Puls mit einer Abfallflanke beginnt und einer Anstiegsflanke endet. Although the invention will be particularly apparent from the embodiment described above, it is not limited thereto. Rather, other embodiments of the invention may be derived by those skilled in the art from the foregoing description. In particular, the microcontroller 20 (or the control program implemented therein) and the integrator 21 may be designed such that the transmission signal S E output from the signal generation circuit 7 is asymmetrical in that the edge rise time t R is from the edge fall time t F and / or the Plateau time tp can differ from the interpulse time ti. Furthermore, completely equivalent to the above description, the pulses 27 may also be defined as negative pulses, in which case each pulse starts with a falling edge and ends a rising edge.
Abweichend von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem der Signalerzeugungsschaltkreis 7 den eigenen Mikrocontroller 20 umfasst, kann die Funktion dieses Mikrocontrollers 20 auch in dem Mikrocontroller eines ande-
ren Geräts integriert sein. Insbesondere ist in einer zweckmäßigen Ausführungsvariante vorgesehen, dass sich die Überwachungseinheit 3 und der Signalerzeugungsschaltkreis 7 einen gemeinsamen Mikrocontroller teilen. In contrast to the embodiment described above, in which the signal generating circuit 7 includes its own microcontroller 20, the function of this microcontroller 20 can also be used in the microcontroller of another integrated device. In particular, it is provided in an expedient embodiment variant that the monitoring unit 3 and the signal generation circuit 7 share a common microcontroller.
Sowohl im Falle des Signalerzeugungsschaltkreises 7 als auch im Falle der Überwachungseinheit 3 kann der Mikrocontroller ferner auch durch einen nichtprogrammierbaren Hardware-Schaltkreis, beispielsweise einen ASIC ersetzt sein.
Furthermore, both in the case of the signal generating circuit 7 and in the case of the monitoring unit 3, the microcontroller can also be replaced by a non-programmable hardware circuit, for example an ASIC.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Einklemmschutzvorrichtung 1 anti-trap device
2 Sensor tF Flankenabstiegszeit2 sensor t F slope descent time
3 Überwachungseinheit tl Interpulszeit 3 monitoring unit tl interpulse time
4 Elektrodenanordnung tp Plateauzeit 4 electrode arrangement tp plateau time
5 Sendeelektrode tR Flankenanfallszeit5 Transmitting electrode t R Flank attack time
6 Empfangselektrode A Auslösesignal 6 receiving electrode A trip signal
7 Signalerzeugungsschaltkreis D Pulsdauer 7 Signal generation circuit D Pulse duration
8 Empfangsschaltkreis F (elektrisches) Feld 8 receiving circuit F (electric) field
9 Kapazitätsmessglied K Kapazitätsmessgröße9 Capacitance measuring element K Capacitance measured variable
20 Mikrocontroller M Masse 20 microcontroller M ground
21 Integrierer P Periodendauer 21 Integrator P Period
22 Operationsverstärker R Rechteckpulsspannung 22 operational amplifier R Rectangular pulse voltage
23 Eingangswiderstand SE Sendesignal 23 input resistance S E transmission signal
24 Koppelkondensator SR Empfangssignal 24 coupling capacitor SR received signal
25 Koppelwiderstand SR. Empfangssignal25 coupling resistor SR. receive signal
26 Digitalausgang 26 digital output
27 Puls 27 pulse
28 Anstiegsflanke 28 rising edge
29 Abfallflanke 29 waste edge
30 Plateau
30 plateau
Claims
1. Kapazitiver Sensor (2) zur Detektion eines Objekts, insbesondere zur Detektion eines Kollisionsfalls bei einem beweglichen Fahrzeugteil, 1. Capacitive sensor (2) for detecting an object, in particular for detecting a collision case in a movable vehicle part,
- mit einer Elektrodenanordnung (4), die mindestens eine Sensorelektrode (6) umfasst, with an electrode arrangement (4) which comprises at least one sensor electrode (6),
- mit einem der mindestens einen Sensorelektrode (5) vorgeschalteten Signalerzeugungsschaltkreis (7) zur Erzeugung eines Sendesignals (SE), wobei der Signalerzeugungsschaltkreis (7) das Sendesignal (SE) als Pulssignal mit einer trapezförmigen oder dreieckförmigen zeitlichen Pulsform erzeugt. - With one of the at least one sensor electrode (5) upstream signal generating circuit (7) for generating a transmission signal (SE), wherein the signal generating circuit (7) generates the transmission signal (SE) as a pulse signal having a trapezoidal or triangular temporal pulse shape.
2. Sensor (2) nach Anspruch 1 , 2. Sensor (2) according to claim 1,
- wobei die Elektrodenanordnung (4) als Sensorelektroden mindestens eine Sendeelektrode (5) zur Emission eines elektrischen Feldes (F) unter Beaufschlagung mit dem Sendesignal (SE) sowie mindestens eine Empfangselektrode (6) umfasst, und - Wherein the electrode assembly (4) as sensor electrodes at least one transmitting electrode (5) for emitting an electric field (F) under exposure to the transmission signal (SE) and at least one receiving electrode (6), and
- wobei der Empfangselektrode (6) ein Empfangsschaltkreis (8) zur Verarbeitung eines in der Empfangselektrode (6) unter Wirkung des elektrischen Feldes (F) erzeugten Empfangssignals (SR) nachgeschaltet ist. - Wherein the receiving electrode (6) a receiving circuit (8) for processing in the receiving electrode (6) under the action of the electric field (F) generated received signal (SR) is connected downstream.
3. Sensor (2) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Sensor (2) according to claim 1 or 2,
wobei der Signalerzeugungsschaltkreis (7) das Sendesignal (SE) als Folge von Pulsen (27) mit einer Periodendauer (P) und einer Flankenanstiegszeit (tR) sowie einer Flankenabstiegszeit (tF) erzeugt, wobei die Flankenanstiegszeit (tR) und/oder die Flankenabstiegszeit (if) mindestens 1 %, vorzugsweise
mindestens 5%, insbesondere mindestens 10% der Periodendauer (P) entsprechen. wherein the signal generation circuit (7) generates the transmission signal (SE) as a sequence of pulses (27) having a period (P) and an edge rise time (tR) and a slope descent time (tF), wherein the edge rise time (t R ) and / or the edge descent time (if) at least 1%, preferably at least 5%, in particular at least 10% of the period (P) correspond.
4. Sensor (2) nach Anspruch 3, 4. Sensor (2) according to claim 3,
wobei der Signalerzeugungsschaltkreis (7) ein Schaltglied (26) zur Erzeugung eines Rechteckpulssignals (R) sowie eine nachgeschaltete Verstärkerschaltung (21 ) zur Umformung des Rechteckpulssignals (R) in das Sendesignal (SE) umfasst. wherein the signal generating circuit (7) comprises a switching element (26) for generating a rectangular pulse signal (R) and a downstream amplifier circuit (21) for converting the rectangular pulse signal (R) in the transmission signal (SE).
5. Sensor (2) nach Anspruch 4, 5. Sensor (2) according to claim 4,
wobei als Schaltglied ein Digitalausgang (26) eines Mikrocontrollers (20) herangezogen ist. wherein a digital output (26) of a microcontroller (20) is used as switching element.
6. Sensor (2) nach Anspruch 4 oder 5, 6. Sensor (2) according to claim 4 or 5,
wobei die Verstärkerschaltung als Integrierer (21 ) ausgebildet ist. wherein the amplifier circuit is designed as an integrator (21).
7. Kollisionsschutzvorrichtung (1 ) mit einem kapazitiven Sensor (2) nach 7. collision protection device (1) with a capacitive sensor (2) after
der Ansprüche 1 bis 6.
of claims 1 to 6.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13752579 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13752579 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |