WO2019110696A1 - Verteiltes sensorsystem zur erfassung von körperteilen und personen in den gefahrenbereichen eines cabrioverdecks - Google Patents

Verteiltes sensorsystem zur erfassung von körperteilen und personen in den gefahrenbereichen eines cabrioverdecks Download PDF

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Andreas Strasser
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    • H03K2217/94084—Transmission of parameters among sensors or between sensor and remote station
    • H03K2217/94094—Wired transmission, e.g. via bus connection or similar

Definitions

  • the invention relates to a safety system for detecting a body part in a danger zone for a vehicle, a hood with such
  • Proximity sensors are known from the prior art, which are based on a capacitive measurement and are able to approximate the approach of
  • Capacity change contactless to capture By such sensors, a dangerous situation can be averted, for example by a sensor in time causes an emergency shutdown of a drive motor or stopping moving machine parts. In modern motor vehicles are often
  • Non-contact sensors installed, which ensure an anti-trap, e.g. against the pinching of a finger in the gap of a window which can be closed by an electric window or an automatically closable tailgate or a boot lid.
  • the circuit detects a change in the resonance behavior of a capacitor system in the form of a Phase shift.
  • This circuit aims at increasing the sensitivity of the underlying capacitive sensor.
  • Such a circuit which is based at least partially on analog circuit technology, has a large size and is therefore limited in the possibilities of their arrangement.
  • a known proximity sensor system based on such a circuit with a plurality of capacitive sensors for a motor vehicle has a central processing unit which determines a change in capacitance from measured values detected decentrally by the sensors. For this purpose, cables are routed from sensors at various measuring points within a vehicle to the processing unit, which is located, for example, in the trunk of a vehicle. The capacity changes to be recorded are small.
  • the cables must therefore be carefully shielded, since even the slightest disturbance can affect the measurement of the capacitance. For example, even kinks, the change in position, the attachment or the environment of a line or a cable can significantly influence the capacitance change to be determined.
  • the shielding of the lines is complicated and expensive. Furthermore, to connect the cables to a circuit board of the processing unit special, and expensive, plug necessary.
  • the invention has the object to provide a safety system for detecting a body part in a danger zone for a vehicle, which can be implemented with less effort.
  • the greatest possible flexibility is to be achieved for the arrangement of the sensors.
  • a safety system for detecting a body part in a danger zone for a vehicle, preferably for a convertible top comprising:
  • At least one sensor node each having a capacitive sensor and a processing unit
  • the capacitive sensor has at least one electrode and is adapted to detect a capacitance change due to an approach of a body part to the electrode, and the processing unit being designed to
  • an evaluation unit which is designed to recognize, at least on the basis of received capacity change data, that a body part is located in a danger area
  • the invention is based on the idea of a capacitive sensor and a
  • Assign processing unit each a sensor node, where a
  • Sensor node in particular a plurality of sensor nodes, via a
  • Data transmission device is connected to an evaluation unit is / are.
  • a change in capacity can be detected decentrally by a sensor node and in each case (directly)
  • Capacity change data to be processed After a transmission to an evaluation unit, the capacity change data, preferably a plurality of sensor nodes, can be evaluated centrally in order to identify a body part in a danger zone or information about body parts in
  • a danger zone may, for example, be a nip between moving parts of a vehicle into which a
  • human body part for example a finger or a limb
  • each capacitive sensor is assigned its own processing unit.
  • a sensor node can be understood as a structural unit of a capacitive sensor and a processing unit, which are arranged in particular on a printed circuit board or board and / or in a housing (jointly).
  • a sensor node is preferably implemented as an integrated circuit (IC) and may comprise a microcontroller. Such a
  • Sensor node has a small size and can be flexibly arranged in different locations.
  • a capacitive sensor detects a capacitance change of a capacitor as a physical measured variable, in particular via a
  • Measuring electrode opposite to a ground electrode the one another Forming a capacitor.
  • a change in capacitance is in particular caused by an approximation of a (human) body part or an object with electrically conductive or dielectric properties to a measuring electrode, which causes a (measurable) change of the electric field.
  • Capacity change can be a change in voltage at the measuring electrode, the temporal change of the charge and / or discharge characteristic of a
  • Capacitor or a modified resonance behavior of a resonant circuit comprising the capacitor and an inductance are capacitively detected.
  • the physical measured variable depends in particular on the measuring method, and may in particular be a detected analog voltage signal.
  • a capacitive sensor can be understood as a proximity sensor or a touch sensor.
  • a processing unit is preferably designed as an electronic circuit connected to the capacitive sensor.
  • a capacitance change detected by the capacitive sensor can take the form of a
  • Capacitance change value such as a capacitance difference, a capacity ratio, a frequency difference, a frequency ratio or a phase angle are determined by the processing unit.
  • a processing unit determines based on that of the
  • Capacitive sensor detected physical variable a change of a capacity relative to a reference as capacity change values and generates therefrom capacity change data.
  • capacity change data data can be understood from which information about a capacity change is obtained, in particular data which is suitable for (unambiguously) describing a change in capacity.
  • a capacity change may include a change in capacity relative to a reference for a capacity, preferably a capacity reference value. Capacity reference values, or a history of
  • Capacity reference values may be predetermined, for example, based on a series of stored values that are capacity reference values or from which capacity reference values may be generated. In this respect, a change in capacity can be understood as a deviation from a reference capacity or a reference capacity course. Capacity reference values may change with time or remain (temporarily) unchanged.
  • Capacity change data may also contain the information that (currently) no capacity change or deviation of a capacity from a reference was recorded.
  • capacity change data could also contain (partially) evaluated information as to whether or not a body part is located in a danger area assigned to a sensor node.
  • Capacity change data may be in the form of digital signals or
  • Signal sequences in particular binary data
  • the data transmission device from a sensor node to the evaluation unit to transmit, in particular sent are.
  • a sensor node comprises, in particular, a transceiver.
  • a data transmission device can be line-based or wireless, in particular as a radio link.
  • Capacity change data instead of physically a capacitance change descriptive variables, for example in the form of analog
  • a shielding of the transmission lines can be omitted.
  • the lines of the data transmission device are not, not separately, or only slightly, shielded.
  • Capacity change data are less susceptible to interference by electromagnetic influences on a transmission line than a detected measurement signal itself.
  • the security system according to the invention can be implemented with little effort.
  • Data transmission device a real-time communication link, which is designed in particular as a bus system, preferably as a CAN bus or a FlexRay bus.
  • a sensor node comprises in particular a
  • Bus connection in particular a bus controller.
  • a sensor node is
  • Stub line connected to a bus system.
  • a plurality of sensor nodes may be communicatively connected to one another via the data transmission device. For safety-relevant applications, it is advantageous if a
  • the at least one sensor node can be connected to a vehicle bus present in a vehicle, preferably a CAN (Controller Area Network) bus or a FlexRay bus his.
  • a vehicle bus present in a vehicle, preferably a CAN (Controller Area Network) bus or a FlexRay bus his.
  • Capacitance changes at several measuring locations are recorded and determined decentrally in order to be used centrally at an evaluation location for recognizing a body part in a danger zone. This allows the
  • Capacity change data a frequency ratio, in particular a ratio of a detuned resonant frequency of a resonant circuit and a
  • Reference frequency of a vibration generating circuit which preferably comprises a quartz crystal.
  • a shrinkage generating circuit is configured to generate a reference vibration, and includes, for example, a quartz crystal or an RC oscillator.
  • a frequency ratio can be understood as a quotient of two frequency values.
  • the frequency values relate in particular to a reference frequency, for example the natural frequency of a resonant circuit or the natural frequency of a vibration generating element (e.g., quartz oscillator), and a detuned resonant frequency of a resonant circuit, the detuning being caused by a capacitance change due to an approach of a body part to the capacitive sensor.
  • a resonant circuit comprises in particular a capacitor of the capacitive sensor.
  • the capacitance change data may also include at least two frequency values, a frequency difference value, at least two capacitance values, a capacitance ratio, a capacitance difference value and / or a phase position, in particular depending on the measurement method of the capacitive sensor and the circuit of the processing unit.
  • the evaluation unit is designed to store the capacity change values contained in the received capacity change data To compare capacity change thresholds.
  • capacity change data is read out to contain therein
  • Predetermined stored threshold values can be read out by the evaluation unit from a memory unit.
  • the evaluation unit can optionally be designed to
  • Capacity change thresholds to determine, preferably to calculate. Capacity change thresholds may take into account other parameters besides capacitance change values, such as temperature values or humidity values. Also speed values or rotation angle values of a
  • the evaluation unit can detect whether a body part is in a danger area, in particular if a capacity change value reaches or exceeds a capacity change threshold.
  • the evaluation unit is designed to receive temperature measurement data and / or humidity measurement data and in particular capacity change threshold values taking into account received temperature measurement data and / or
  • temperature sensors and / or humidity sensors can be connected to the data transmission device in order to include measurement data which contain temperature values and / or humidity values to which
  • rotational speed sensors or rotational angle sensors can be connected to the data transmission device, for example, a current position or a speed of a moving (opening or closing) device of a vehicle, such as a hood, a sunroof, a flap or a window in the detection of a body part in a danger area.
  • a capacity change, especially the size of a moving (opening or closing) device of a vehicle such as a hood, a sunroof, a flap or a window in the detection of a body part in a danger area.
  • Capacity change value may vary from the temperature and / or the
  • a first sensor node for detecting a body part in the danger zone of a linkage of a convertible top of a vehicle, in particular one
  • a third sensor node for detecting a body part in the danger area of a top compartment lid of a vehicle.
  • Hazardous area of a vehicle to be monitored Preferably, respective danger areas of a convertible top, to which the sensor nodes are assigned, can be monitored, wherein the evaluation unit can promptly initiate the stopping of the opening or closing of the convertible top on detection of a body part in one or more of the danger areas in order to avert the risk of pinching a body part.
  • a first sensor node in particular an electrode of the capacitive sensor of the first sensor node, attachable to a, preferably metallic, linkage of a hood of a vehicle and / or electrically conductively connected thereto; and or
  • a second sensor node in particular an electrode of the capacitive
  • Sensors of the second sensor node attachable to a cowl of a vehicle and / or electrically conductive connected to it; and or
  • a third sensor node in particular an electrode of the capacitive sensor of the third sensor node, attachable to a top compartment lid of a vehicle and / or electrically conductively connected thereto.
  • an electrode, in particular measuring electrode, of a capacitive sensor can be designed as a surface electrode, for example as a wire mesh or one, preferably a thin plate or a strip.
  • the first, second and / or third Sensor node is preferably above connecting lines with a data transmission device, preferably a vehicle bus provided in the vehicle or provided separately for the safety system
  • Sensor node an evaluation unit, which is adapted to recognize, at least on the basis of capacitance change data generated by the processing unit, that a body part is located in a danger zone associated with the sensor node.
  • an evaluation unit can be understood as a (local), in particular own, evaluation unit assigned to the sensor node, which can be part of a structural unit of the sensor node.
  • Capacity change data is information as to whether a body part is located in a danger zone associated with this sensor node, e.g. as a
  • a sensor node can also
  • the higher-level evaluation unit can be designed to centrally evaluate the information about body parts in the hazardous areas of the capacity change data containing individual sensor nodes, e.g. to prioritize on
  • a hood for a vehicle, in particular convertible top comprising a security system according to the invention.
  • a roof according to the invention has the same advantages as have already been described in connection with the safety system according to the invention.
  • the hood in particular a, preferably metallic, linkage of the hood, electrically insulated, in particular with respect to a vehicle body.
  • a vehicle body in particular, one is
  • the electrode of the capacitive sensor is preferably electrically conductively connected to the linkage or the Linkage itself forms an electrode.
  • Another electrode of the capacitive sensor can be grounded.
  • the top has a top compartment lid, which is electrically insulated, in particular with respect to a vehicle body.
  • a sensor node is on the
  • Top compartment lid attached, preferably, to a gap between the vehicle body and an openable and closable top compartment cover! to monitor.
  • the electrode of the capacitive sensor preferably as
  • Top compartment lid preferably along an edge of the gap, attached.
  • the top compartment lid may be wholly or partly constructed of a metallic material.
  • Another electrode of the capacitive sensor can be grounded. This results in advantages in an analogous manner, as in the
  • the stated object is also achieved in particular by a method for detecting a body part in a danger zone for a vehicle, preferably for a convertible top, which in particular has a safety system according to the invention, comprising the following steps:
  • generated capacity change data are transmitted, preferably in real time, via a CAN bus or a FlexRay bus.
  • the method comprises transmitting the capacity change data of one
  • a processing unit supplies an encoding of capacity change values
  • Capacity change data while the evaluation unit preferably performs a readout of capacity change values from the capacity change data.
  • the evaluation unit receives from a
  • a (central) evaluation unit can also provide capacity change data from the sensor nodes, preferably from those assigned (local).
  • Evaluation units which contain information about whether a body part is located in a danger zone associated with this sensor node. Furthermore, the method may determine or calculate capacitance change thresholds, preferably based on temperature measurement data and / or humidity measurement data.
  • the method according to the invention is particularly applicable to the monitoring of danger areas for a vehicle, preferably of danger areas of a convertible top, in order to recognize body parts in danger areas.
  • An inventive method can be implemented with little effort and allows a flexible arrangement of the sensor nodes.
  • the stated object is also achieved, in particular, by the use of a capacitive sensor and a processing unit which are used to detect a change in capacitance or to generate capacitance change data are formed, as a sensor node for connection to a
  • Data transmission device preferably a bus system, of a vehicle for detecting a body part in a danger zone, preferably a convertible top.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Figure 2a is a schematic representation of an embodiment of a
  • Figure 2b is a schematic representation of the embodiment of Figure 2a in a plan view.
  • Figure 1 shows an example of an embodiment of an inventive
  • Each sensor node 11a, 11b, 11c comprises a respective capacitive sensor 15a, 15b, 15c and an associated processing unit 16a, 16b, 16c, which together form a structural unit, for example by being housed together in a housing, on a circuit board or on interconnected support bodies are arranged.
  • Sensor nodes 11a, 11b, 11c are each signal-connected via connecting lines 14a, 14b, 14c to the data transmission device 12, wherein the connecting lines 14a, 14b, 14c can be designed, for example, as electrical conductor tracks or as wires.
  • the data transmission device 12 is designed as a CAN bus with a can-high line 17 and a CAN-low line 18, which are connected via a connecting line 14a, 14b, 14c to the respective sensor node 11a, 11b, 11c.
  • a shielding of connecting lines or conductor tracks may be provided.
  • connection lines 14a, 14b, 14c and the data bus lines here the lines of the CAN bus system 17 and 18 (CAN high or CAN low), the data transmission device 12 are preferably not, at least not separately, shielded.
  • the security system 10 is shown here cut off on the right side and may comprise further sensor nodes.
  • further sensor nodes may be connected to the data transmission device 12, which functionally do not belong to the security system 10.
  • the capacitive sensors 15a, 15b, 15c are designed as proximity sensors with an electrode (not shown) which detected an approach of a body part to the electrode as a capacitance change, preferably as the detuning of a resonant frequency of a resonant circuit compared to a reference frequency.
  • the processing units 16a, 16b, 16c have the function of a metrologically detected capacitance change a
  • the capacity change data preferably includes a frequency ratio that is the detected capacitance change
  • the evaluation unit 13 has the function of recognizing, based on the capacity change values contained in the capacity change data, whether a body part is in a danger area monitored by one of the capacitive sensors 15a, 15b or 15c. For the detection, the evaluation unit 13 compares the received
  • Capacitance change thresholds correspond to a predetermined threshold that defines a criterion of whether a capacity change is large enough to conclude that a body part is in a hazardous area.
  • the security system 10 has the advantage that it can be implemented with little effort and the sensor nodes 11a, 11b and 11c can be spatially flexibly arranged.
  • Capacitance change data in particular in the form of digital signals, are transmitted instead of physical measured variables, in particular in the form of analog voltage signals. Capacity change data are less susceptible to interference, especially for electromagnetic influences Transmission lines, Thus, a shielding of the lines of the data transmission device 12 omitted.
  • the sensor nodes 11a, 11b, 11c can be placed, wherein only the connecting lines 14a, 14b, 14c have to be chosen appropriately in their length.
  • FIGS 2a and 2b show an embodiment of a top 20 according to the invention with a security system 10 according to the invention, as described in connection with Figure 1.
  • the top 20 is mounted on a vehicle 100, here a convertible, and accordingly designed as a convertible top.
  • vehicle 100 has a trunk with a
  • Trunk lid 32 wherein the evaluation unit 13 is arranged here in the trunk, but could also be located at a different location within the vehicle 100.
  • the top 20 is here as a flexible top (soft top) with a top material 21, which is supported by a metallic rod 22, executed, but could also be designed as a folding top made of a sturdy material (hard top).
  • the top 20 is mounted on two-sided top bearing 23 in the body of the vehicle 100 and in a top compartment (not shown) with a top compartment lid 24 stowed. The movement of the top 20 is indicated by double arrows.
  • a first sensor node 11a is attached to the linkage 22, which is electrically isolated.
  • the linkage 22 forms an electrode of the capacitive sensor 15a or is electrically conductively connected thereto.
  • the capacitive sensor 15a of the first sensor node 11a monitors a danger area in the vicinity of the linkage 22 and preferably in the vicinity of the components of the hood 20 which are conductively connected to the linkage 22, e.g. Bow or other struts.
  • a second sensor node 11b is attached to the cowl 31 of the vehicle 100 to monitor a danger area along the leading edge of the top 22 or in the vicinity of the latch, particularly on both-side latch hooks.
  • a third sensor node 11c is attached to the top compartment lid 24 to define a danger area near a gap between an edge of the
  • Data transmission device 12 is designed here as a CAN bus system, wherein the sensor nodes 11a, 11b, 11c can be connected to an in-vehicle vehicle bus, or a separate data bus for the security system 10, in particular specifically for the top 20 may be provided. There may be other sensor nodes for monitoring hazardous areas of the top 20 at other locations, preferably both of the rare Vehicle 100, be provided. Via the data transmission device 12 capacity change data are transmitted, which is a change or
  • a course of reference values preferably position-dependent, could be stored for a movement of the top 20, which is used as a reference for the
  • An inventive top 20 has the advantage that the
  • Sensor node 11a, 11b, 11c can be flexibly arranged and the
  • a roof 20 according to the invention could also be provided for vehicles other than a motor vehicle, for example for a boat.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem (10) zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich für ein Fahrzeug (100), ein Verdeck (20) mit einem solchen Sicherheitssystem sowie ein entsprechendes Verfahren. Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem (10) umfasst mindestens einen Sensorknoten (11a, 11b, 11c), der jeweils einen kapazitiven Sensor (15a, 15b, 15c) und eine Verarbeitungseinheit (16a, 16b, 16c) aufweist, wobei der kapazitive Sensor (15a, 15b, 15c) mindestens eine Elektrode aufweist und dazu ausgebildet ist, aufgrund einer Annäherung eines Körperteils an die Elektrode eine Kapazitätsänderung zu erfassen, und wobei die Verarbeitungseinheit (16a, 16b, 16c) dazu ausgebildet ist, Kapazitätsänderungsdaten aufgrund einer von dem kapazitiven Sensor (15a, 15b, 15c) erfassten Kapazitätsänderung zu erzeugen; eine Auswertungseinheit (13), die dazu ausgebildet ist, zumindest aufgrund von empfangenen Kapazitätsänderungsdaten zu erkennen, dass sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet; eine Datenübertragungseinrichtung (12) zur Übertragung der erzeugten Kapazitätsänderungsdaten von einem Sensorknoten (11a, 11b, 11c) an die Auswertungseinheit (13).

Description

Verteiltes Sensorsystem zur Erfassung von Körperteilen und Personen in den Gefahrenbereichen eines Cabrioverdecks
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich für ein Fahrzeug, ein Verdeck mit einem solchen
Sicherheitssystem, sowie ein entsprechendes Verfahren.
Aus dem Stand der Technik sind Näherungssensoren bekannt, die auf einer kapazitiven Messung beruhen und in der Lage sind, die Annäherung eines
Objektes, wie beispielsweise eines menschlichen Körperteils, durch eine
Kapazitätsänderung berührungslos zu erfassen. Durch solche Sensoren kann eine Gefahrensituation abgewendet werden, beispielsweise indem ein Sensor rechtzeitig eine Notabschaltung eines Antriebsmotors oder ein Anhalten bewegter Maschinenteile bewirkt. In modernen Kraftfahrzeugen sind oftmals
berührungslose Sensoren verbaut, die einen Einklemmschutz gewährleisten, z.B. gegen das Einklemmen eines Fingers in dem Spalt eines durch einen elektrischen Fensterheber verschließbaren Fensters oder einer automatisch schließbaren Heckklappe oder eines Kofferraumdeckels.
Aus der WO 2007/048640 Al ist eine Schaltung zur Erfassung der Annäherung eines Objektes, wie beispielsweise menschlicher Gliedmaßen, an eine
Sensorelektrode in einem Observationsbereich bekannt. Die Schaltung detektiert eine Änderung des Resonanzverhaltens eines Kondensatorsystems in Form einer Phasenverschiebung. Diese Schaltung zielt auf eine erhöhte Empfindlichkeit des zugrunde liegenden kapazitiven Sensors ab. Eine solche Schaltung, die zumindest teilweise auf analoger Schaltungstechnik beruht, hat eine große Baugröße und ist dadurch in den Möglichkeiten ihrer Anordnung begrenzt. Ein bekanntes auf einer solchen Schaltung basierendes Näherungssensorsystem mit mehreren kapazitiven Sensoren für ein Kraftfahrzeug weist eine zentrale Verarbeitungseinheit auf, die aus von den Sensoren dezentral erfassten Messwerten eine Kapazitätsänderung ermittelt. Zu diesem Zweck werden Leitungen von Sensoren an verschiedenen Messpunkten innerhalb eines Fahrzeugs zu der Verarbeitungseinheit verlegt, die sich beispielsweise im Kofferraum eines Fahrzeugs befindet. Die zu erfassenden Kapazitätsänderungen sind klein. Die Leitungen müssen deshalb sorgfältig abgeschirmt sein, da bereits kleinste Störungen die Messung der Kapazität beeinträchtigen können. Beispielsweise können bereits Knicke, die Veränderung der Lage, die Befestigung oder das Umfeld einer Leitung bzw. eines Kabels die zu ermittelnde Kapazitätsänderung erheblich beeinflussen. Die Abschirmung der Leitungen ist aufwendig und teuer. Weiterhin sind zur Anbindung der Leitungen an eine Platine der Verarbeitungseinheit spezielle, und teure, Stecker notwendig.
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die Erfindung die Aufgabe, ein Sicherheitssystem zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich für ein Fahrzeug zu schaffen, das mit geringerem Aufwand umsetzbar ist. Außerdem soll für die Anordnung der Sensoren eine möglichst große Flexibilität erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitssystem nach Anspruch 1, ein Verdeck nach Anspruch 9, ein Verfahren nach Anspruch 12 sowie eine Verwendung nach Anspruch 13 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Sicherheitssystem zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Cabrioverdeck, umfassend:
- mindestens einen Sensorknoten, der jeweils einen kapazitiven Sensor und eine Verarbeitungseinheit aufweist,
wobei der kapazitive Sensor mindestens eine Elektrode aufweist und dazu ausgebildet ist, aufgrund einer Annäherung eines Körperteils an die Elektrode eine Kapazitätsänderung zu erfassen, und wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgebiidet ist,
Kapazitätsänderungsdaten aufgrund einer von dem kapazitiven Sensor erfassten Kapazitätsänderung zu erzeugen;
- eine Auswertungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest aufgrund von empfangenen Kapazitätsänderungsdaten zu erkennen, dass sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet;
- eine Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung der erzeugten
Kapazitätsänderungsdaten von einem Sensorknoten an die
Auswertungseinheit.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einen kapazitiven Sensor und eine
Verarbeitungseinheit jeweils einem Sensorknoten zuzuordnen, wobei ein
Sensorknoten, insbesondere mehrere Sensorknoten, über eine
Datenübertragungseinrichtung mit einer Auswertungseinheit verbunden ist/sind. Durch ein erfindungsgemäßes Sicherheitssystem kann eine Kapazitätsänderung durch einen Sensorknoten dezentral erfasst und jeweils (direkt) zu
Kapazitätsänderungsdaten verarbeitet werden. Nach einer Übertragung an eine Auswertungseinheit können die Kapazitätsänderungsdaten, vorzugsweise mehrerer Sensorknoten, zentral ausgewertet werden, um ein Körperteil in einem Gefahrenbereich zu erkennen bzw. Informationen über Körperteile in
Gefahrenbereichen auszuwerten. Ein Gefahrenbereich kann beispielsweise ein Klemmspalt zwischen bewegten Teilen eines Fahrzeugs sein, in den ein
menschliches Körperteil, zum Beispiel ein Finger oder eine Gliedmaße,
eingeklemmt werden könnte.
Vorzugsweise ist jedem kapazitiven Sensor eine eigene Verarbeitungseinheit zugeordnet. Ein Sensorknoten kann als eine strukturelle Einheit eines kapazitiven Sensors und einer Verarbeitungseinheit verstanden werden, die insbesondere auf einer Leiterplatte, bzw. Platine, und/oder in einem Gehäuse (gemeinsam) angeordnet sind. Ein Sensorknoten ist vorzugsweise als eine integrierte Schaltung (IC) ausgeführt und kann einen Mikrocontroller umfassen. Ein solcher
Sensorknoten hat eine kleine Baugröße und kann flexibel an verschiedenen Orten angeordnet werden.
Insbesondere erfasst ein kapazitiver Sensor eine Kapazitätsänderung eines Kondensators als eine physikalische Messgröße, insbesondere über eine
Messelektrode gegenüber einer Masseelektrode, die miteinander einen Kondensator bilden. Eine Kapazitätsänderung wird insbesondere durch eine Annäherung eines (menschlichen) Körperteils oder eines Objekts mit elektrisch leitenden oder dielektrischen Eigenschaften an eine Messelektrode hervorgerufen, die eine (messbare) Änderung des elektrischen Feldes bewirkt. Eine
Kapazitätsänderung kann über eine Spannungsänderung an der Messelektrode, die zeitliche Veränderung der Auf- und/oder Entladecharakteristik eines
Kondensators oder ein geändertes Resonanzverhalten eines Schwingkreises, der den Kondensator und eine Induktivität umfasst, kapazitiv erfasst werden. Die physikalische Messgröße hängt insbesondere vom Messverfahren ab, und kann insbesondere ein erfasstes analoges Spannungssignal sein. Ein kapazitiver Sensor kann als ein Näherungssensor oder ein Berührungssensor verstanden werden.
Eine Verarbeitungseinheit ist vorzugsweise als eine mit dem kapazitiven Sensor verbundene elektronische Schaltung ausgeführt. Eine durch den kapazitiven Sensor erfasste Kapazitätsänderung kann in Form eines
Kapazitätsänderungswertes, wie beispielsweise einer Kapazitätsdifferenz, eines Kapazitätsverhältnisses, einer Frequenzdifferenz, eines Frequenzverhältnisses oder einer Phasenlage von der Verarbeitungseinheit ermittelt werden.
Insbesondere ermittelt eine Verarbeitungseinheit aufgrund der von dem
kapazitiven Sensor erfassten physikalischen Messgröße eine Änderung einer Kapazität gegenüber einer Referenz als Kapazitätsänderungswerte und erzeugt daraus Kapazitätsänderungsdaten. Beispielsweise kann eine Kapazitätsänderung durch eine Frequenzverschiebung bzw. -änderung oder eine Phasenverschiebung bzw. Phasenlage von erfassten Spannungssignalen beschrieben werden. Als Kapazitätsänderungsdaten können solche Daten verstanden werden, aus denen Informationen über eine Kapazitätsänderung gewonnen werden, insbesondere Daten, die geeignet sind, eine Kapazitätsänderung (eindeutig) zu beschreiben. Eine Kapazitätsänderung kann eine Änderung einer Kapazität gegenüber einer Referenz für eine Kapazität, vorzugsweise einem Kapazitätsreferenzwert, umfassen. Kapazitätsreferenzwerte, oder ein Verlauf von
Kapazitätsreferenzwerten, können vorgegeben sein, zum Beispiel basierend auf einer Reihe gespeicherter Werte, die Kapazitätsreferenzwerte sind oder aus denen Kapazitätsreferenzwerte erzeugt werden können. Insofern kann eine Kapazitätsänderung als eine Abweichung von einer Referenzkapazität, bzw. einem Referenzkapazitätsverlauf, verstanden werden. Kapazitätsreferenzwerte können sich zeitlich ändern oder (vorübergehend) unverändert bleiben.
Kapazitätsänderungsdaten können auch die Information enthalten, dass (derzeit) keine Kapazitätsänderung, bzw. Abweichung einer Kapazität von einer Referenz, erfasst wurde. Insbesondere könnten Kapazitätsänderungsdaten auch bereits (teilweise) ausgewertete Informationen enthalten, ob sich ein Körperteil in einem einem Sensorknoten zugeordneten Gefahrenbereich befindet oder nicht.
Kapazitätsänderungsdaten können in Form von digitalen Signalen bzw.
Signalfolgen, insbesondere Binärdaten, Ober die Datenübertragungseinrichtung von einem Sensorknoten an die Auswertungseinheit übertragen, insbesondere gesendet, werden. Ein Sensorknoten umfasst insbesondere eine Sende- /Empfangseinheit (Transceiver). Eine Datenübertragungseinrichtung kann leitungsbasiert oder drahtlos, insbesondere als eine Funkverbindung, ausgeführt sein.
Durch eine Übertragung von verarbeiteten Daten in Form von
Kapazitätsänderungsdaten anstelle von physikalischen eine Kapazitätsänderung beschreibende Messgrößen, beispielsweise in Form von analogen
Spannungssignalen, kann eine Abschirmung der Übertragungsleitungen entfallen. Vorzugsweise sind die Leitungen der Datenübertragungseinrichtung nicht, nicht gesondert, oder nur geringfügig, abgeschirmt. Die übertragenen
Kapazitätsänderungsdaten sind weniger störanfällig durch elektromagnetische Einflüsse auf eine Übertragungsleitung als ein erfasstes Messsignal selbst.
Dadurch ist das erfindungsgemäße Sicherheitssystem mit geringem Aufwand umsetzbar. Insbesondere können bereits vorhandene, insbesondere
fahrzeuginterne Datenübertragungseinrichtungen, für die Anbindung von
Sensorknoten verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die
Datenübertragungseinrichtung eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung, die insbesondere als ein Bussystem, vorzugsweise als ein CAN-Bus oder ein FlexRay-Bus, ausgeführt ist. Ein Sensorknoten umfasst insbesondere eine
Busanbindung, insbesondere einen Buscontroller. Ein Sensorknoten ist
insbesondere über mindestens eine Verbindungsleitung, vorzugsweise
Stichleitung, an ein Bussystem angeschlossen. Mehrere Sensorknoten können über die Datenübertragungseinrichtung kommunikativ miteinander verbunden sein. Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn eine
Datenübertragung in Echtzeit möglich ist Der mindestens eine Sensorknoten kann an einen in einem Fahrzeug vorhandenen Fahrzeugbus, vorzugsweise einen CAN-Bus (CAN: Controller Area Network) oder einen FlexRay-Bus, angeschlossen sein. Dadurch können vorhandene Datenübertragungsleitungen mit geringem konstruktivem Aufwand für das Sicherheitssystem genutzt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind mehrere, vorzugsweise alle, Sensorknoten des Sicherheitssystems über die Datenübertragungseinrichtung mit einer einzigen Auswertungseinheit verbunden. Dadurch können
Kapazitätsänderungen an mehreren Messorten dezentral erfasst und ermittelt werden, um an einem Auswertungsort zentral zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich genutzt zu werden. Dadurch können die
Kapazitätsänderungsdaten mehrerer Sensorknoten für die Erkennung
berücksichtigt werden, um einerseits ein zuverlässigeres Ergebnis der Erkennung zu erzielen und andererseits nur eine einzige Auswertungseinheit vorsehen zu müssen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthalten die
Kapazitätsänderungsdaten ein Frequenzverhältnis, insbesondere ein Verhältnis aus einer verstimmten Resonanzfrequenz eines Schwingkreises und einer
Referenzfrequenz einer schwingungserzeugenden Schaltung, die vorzugsweise einen Schwingquarz umfasst. Eine schwindungserzeugende Schaltung ist zur Erzeugung einer Referenzschwingung ausgebildet, und umfasst zum Beispiel einen Schwingquarz oder einen RC-Oszillator. Ein Frequenzverhältnis kann als ein Quotient zweier Frequenzwerte verstanden werden. Die Frequenzwerte beziehen sich insbesondere auf eine Referenzfrequenz, beispielsweise die Eigenfrequenz eines Schwingkreises oder die Eigenfrequenz eines schwingungserzeugenden Elements (z.B. Schwingquarz), und eine verstimmte Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, wobei die Verstimmung durch eine Kapazitätsänderung aufgrund einer Annäherung eines Körperteils an den kapazitiven Sensor hervorgerufen wird. Ein solcher Schwingkreis umfasst insbesondere einen Kondensator des kapazitiven Sensors. Alternativ können die Kapazitätsänderungsdaten auch mindestens zwei Frequenzwerte, einen Frequenzdifferenzwert, mindestens zwei Kapazitätswerte, ein Kapazitätsverhältnis, einen Kapazitätsdifferenzwert und/oder eine Phasenlage enthalten, insbesondere in Abhängigkeit der Messmethode des kapazitiven Sensors und der Schaltung der Verarbeitungseinheit.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, in den empfangenen Kapazitätsänderungsdaten enthaltene Kapazitätsänderungswerte mit gespeicherten Kapazitätsänderungsschwellenwerten zu vergleichen. Insbesondere werden Kapazitätsänderungsdaten ausgelesen, um darin enthaltene
Kapazitätsänderungswerte zu erhalten. Vorgegebene gespeicherte Schwellenwerte können durch die Auswertungseinheit aus einer Speichereinheit ausgelesen werden. Die Auswertungseinheit kann optional dazu ausgebildet sein,
Kapazitätsänderungsschwellenwerte zu ermitteln, vorzugsweise zu berechnen. Kapazitätsänderungsschwellenwerte können neben Kapazitätsänderungswerten weitere Parameter berücksichtigen, wie beispielsweise Temperaturwerte oder Luftfeuchtigkeitswerte. Auch Drehzahlwerte oder Drehwinkelwerte eines
Antriebsmotors einer verstellbaren Einrichtung wie eines Verdecks, eines
Fensters, einer Klappe oder eines Schiebedaches, können berücksichtigt werden. Durch einen Vergleich von Kapazitätsänderungswerten mit
Kapazitätsänderungsschwellenwerten kann die Auswertungseinheit erkennen, ob sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet, insbesondere falls ein Kapazitätsänderungswert einen Kapazitätsänderungsschwellenwert erreicht oder übersteigt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet ist, Temperaturmessdaten und/oder Luftfeuchtigkeitsmessdaten zu empfangen und insbesondere Kapazitätsänderungsschwellenwerte unter Berücksichtigung von empfangenen Temperaturmessdaten und/oder
Luftfeuchtigkeitsmessdaten zu ermitteln, vorzugsweise zu berechnen.
Insbesondere können Temperatursensoren und/oder Luftfeuchtigkeitssensoren an die Datenübertragungseinrichtung angeschlossen sein, um Messdaten, die Temperaturwerte und/oder Luftfeuchtigkeitswerte enthalten, an die
Auswertungseinheit zu übertragen. Weiterhin können Drehzahlsensoren oder Drehwinkelsensoren an die Datenübertragungseinrichtung angeschlossen sein, um beispielsweise eine momentane Position oder eine Geschwindigkeit einer bewegten (sich öffnenden oder sich schließenden) Einrichtung eines Fahrzeugs, wie eines Verdecks, eines Schiebedaches, einer Klappe oder eines Fensters bei der Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich zu berücksichtigen. Eine Kapazitätsänderung, insbesondere die Größe eines
Kapazitätsänderungswertes, kann von der Temperatur und/oder der
Luftfeuchtigkeit abhängen. Durch die Berücksichtigung dieser Parameter kann die Genauigkeit des Sicherheitssystems verbessert werden, d. h. Körperteile in einem Gefahrenbereich können zuverlässiger erkannt werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
- ein erster Sensorknoten zur Erfassung eines Körperteils im Gefahrenbereich eines Gestänges eines Verdecks eines Fahrzeugs, insbesondere eines
Cabrioverdecks, ausgebildet; und/oder
- ein zweiter Sensorknoten zur Erfassung eines Körperteils im Gefahrenbereich eines Windlaufs eines Fahrzeugs ausgebildet; und/oder
- ein dritter Sensorknoten zur Erfassung eines Körperteils im Gefahrenbereich eines Verdeckkastendeckels eines Fahrzeugs ausgebildet.
Auf diese Weise kann durch einen Sensorknoten jeweils ein bestimmter
Gefahrenbereich eines Fahrzeugs überwacht werden. Vorzugsweise sind jeweilige Gefahrenbereiche eines Cabrioverdecks, denen die Sensorknoten zugeordnet sind, überwachbar, wobei die Auswertungseinheit bei Erkennung eines Körperteils in einem oder mehreren der Gefahrenbereiche das Anhalten des Öffnens oder Schließens des Cabrioverdecks rechtzeitig veranlassen kann, um die Gefahr des Einklemmens eines Körperteils abzuwenden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
- ein erster Sensorknoten, insbesondere eine Elektrode des kapazitiven Sensors des ersten Sensorknotens, an einem, vorzugsweise metallischen, Gestänge eines Verdecks eines Fahrzeugs anbringbar und/oder elektrisch leitend damit verbindbar; und/oder
- ein zweiter Sensorknoten, insbesondere eine Elektrode des kapazitiven
Sensors des zweiten Sensorknotens, an einem Windlauf eines Fahrzeugs anbringbar und/oder elektrisch leitend damit verbindbar; und/oder
- ein dritter Sensorknoten, insbesondere eine Elektrode des kapazitiven Sensors des dritten Sensorknotens, an einem Verdeckkastendeckel eines Fahrzeugs anbringbar und/oder elektrisch leitend damit verbindbar.
Insbesondere kann eine Elektrode, insbesondere Messelektrode, eines kapazitiven Sensors als Flächenelektrode, beispielsweise als ein Drahtgeflecht oder eine, vorzugsweise dünne, Platte oder ein Streifen, ausgebildet sein. Insbesondere ist eine Elektrode im an einem Fahrzeug montierten Zustand des Verdecks elektrisch leitend mit einem Gestänge des Verdecks, einem Windlauf bzw. einem
Verdeckkastendeckel des Fahrzeugs verbunden. Der erste, zweite und/oder dritte Sensorknoten ist vorzugsweise Ober Verbindungsleitungen mit einer Datenübertragungseinrichtung, vorzugsweise einem im Fahrzeug vorhandenen Fahrzeugbus oder einem separat für das Sicherheitssystem vorgesehenen
Bussystem, verbunden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst mindestens ein
Sensorknoten eine Auswertungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest aufgrund von durch die Verarbeitungseinheit erzeugten Kapazitätsänderungsdaten zu erkennen, dass sich ein Körperteil in einem dem Sensorknoten zugeordneten Gefahrenbereich befindet. Eine solche Auswertungseinheit kann als eine dem Sensorknoten zugeordnete (lokale), insbesondere eigene, Auswertungseinheit verstanden werden, die Teil einer strukturellen Einheit des Sensorknotens sein kann. Insbesondere enthalten die über die Datenübertragungseinrichtung an eine übergeordnete (zentrale) Auswertungseinheit übertragenen
Kapazitätsänderungsdaten eine Information, ob sich ein Körperteil in einem diesem Sensorknoten zugeordneten Gefahrenbereich befindet, z.B. als ein
(binärer) Statuswert (Ja/Nein). Insofern kann ein Sensorknoten auch
(Teil)Funktionen aufweisen, die zuvor im Zusammenhang mit der
(übergeordneten) Auswertungseinheit beschrieben wurden. Die übergeordnete Auswertungseinheit kann in diesem Fall dazu ausgebildet sein, die Informationen über Körperteile in Gefahrenbereichen der einzelnen Sensorknoten enthaltenden Kapazitätsänderungsdaten zentral auszuwerten, z.B. zu priorisieren, auf
Konsistenz zu überprüfen oder eine Entscheidung für das gesamte
Sicherheitssystem aus mehreren (oder allen) Sensorknoten zu treffen,
insbesondere für ein Verdeck oder eine ähnlich komplexe Einrichtung.
Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch ein Verdeck für ein Fahrzeug, insbesondere Cabrioverdeck, umfassend ein erfindungsgemäßes Sicherheitssystem. Ein erfindungsgemäßes Verdeck weist dieselben Vorteile auf, wie sie bereits im Zusammenhang mit denn erfindungsgemäßen Sicherheitssystem beschrieben wurden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Verdeck, insbesondere ein, vorzugsweise metallisches, Gestänge des Verdecks, elektrisch isoliert, insbesondere gegenüber einer Fahrzeugkarosserie. Insbesondere ist ein
Sensorknoten an dem Gestänge angebracht, wobei die Elektrode des kapazitiven Sensors vorzugsweise mit dem Gestänge elektrisch leitend verbunden ist oder das Gestänge selbst eine Elektrode bildet. Eine weitere Elektrode des kapazitiven Sensors kann auf Masse gelegt sein. Durch eine elektrische Isolierung des Gestänges kann eine Kapazitätsänderung in einem Gefahrenbereich in der Nähe des Gestänges durch die damit verbundene bzw. ausgebildete Elektrode auf einfache Weise erfasst werden, insbesondere ohne durch störende
elektromagnetische Einflüsse der Fahrzeugkarosserie verfälscht zu werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verdeck einen Verdeckkastendeckei auf, der elektrisch isoliert ist, insbesondere gegenüber einer Fahrzeugkarosserie. Insbesondere ist ein Sensorknoten an dem
Verdeckkastendeckel angebracht, vorzugsweise, um einen Spalt zwischen der Fahrzeugkarosserie und einem öffenbaren und schließbaren Verdeckkastendecke! zu überwachen. Die Elektrode des kapazitiven Sensors, vorzugsweise als
Flächenelektrode ausgebildet, ist insbesondere auf bzw. an einem
Verdeckkastendeckel, vorzugsweise entlang einer Kante des Spalts, befestigt. Der Verdeckkastendeckel kann ganz oder teilweise aus einem metallischen Werkstoff aufgebaut sein. Eine weitere Elektrode des kapazitiven Sensors kann auf Masse gelegt sein. Dadurch ergeben sich Vorteile in analoger Weise, wie sie im
Zusammenhang mit einem elektrisch isolierten Gestänge des Verdecks
beschrieben wurden.
Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Cabrioverdeck, das insbesondere ein erfindungsgemäßes Sicherheitssystem aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
- Erfassen einer Kapazitätsänderung durch einen kapazitiven Sensor eines
Sensorknotens aufgrund einer Annäherung eines Körperteils an eine Elektrode des kapazitiven Sensors;
- Erzeugen von Kapazitätsänderungsdaten durch eine Verarbeitungseinheit des Sensorknotens aufgrund der von dem kapazitiven Sensor erfassten
Kapazitätsänderung;
- Übertragen der erzeugten Kapazitätsänderungsdaten von dem Sensorknoten an eine Auswertungseinheit über eine Datenübertragungseinrichtung, vorzugsweise über ein Bussystem; - Erkennen durch die Auswertungseinheit, zumindest aufgrund der
empfangenen Kapazitätsänderungsdaten, dass sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat ähnliche Vorteile, wie diese bereits in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem und dem
erfindungsgemäßen Verdeck beschrieben wurden und kann einige oder alle verfahrenstechnischen Merkmale umsetzen, die im Zusammenhang mit dem Sicherheitssystem oder dem Verdeck beschrieben wurden.
Insbesondere werden erzeugte Kapazitätsänderungsdaten, vorzugsweise in Echtzeit, über einen CAN-Bus oder einen FlexRay-Bus übertragen. Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein Senden der Kapazitätsänderungsdaten eines
Sensorknotens an die Auswertungseinheit und weiter vorzugsweise ein
Empfangen der Kapazitätsänderungsdaten eines Sensorknotens, insbesondere aller Sensorknoten, durch die Auswertungseinheit. Vorzugsweise führt eine Verarbeitungseinheit eine Kodierung von Kapazitätsänderungswerten zu
Kapazitätsänderungsdaten durch, während die Auswertungseinheit vorzugsweise ein Auslesen von Kapazitätsänderungswerten aus den Kapazitätsänderungsdaten durchführt. Vorzugsweise empfängt die Auswertungseinheit von einem
Sensorknoten Kapazitätsänderungsdaten, die ein Frequenzverhältnis enthalten. Eine (zentrale) Auswertungseinheit kann aber auch Kapazitätsänderungsdaten von den Sensorknoten, vorzugsweise von diesen zugeordneten (lokalen)
Auswertungseinheiten, empfangen, die Informationen darüber enthalten, ob sich ein Körperteil in einem diesem Sensorknoten zugeordneten Gefahrenbereich befindet. Weiterhin kann das Verfahren Kapazitätsänderungsschwellenwerte ermitteln oder berechnen, vorzugsweise basierend auf Temperaturmessdaten und/oder Luftfeuchtigkeitsmessdaten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Überwachung von Gefahrenbereichen für ein Fahrzeug, vorzugsweise von Gefahrenbereichen eines Cabrioverdecks, anwendbar, um Körperteile in Gefahrenbereichen zu erkennen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist mit geringem Aufwand umsetzbar und ermöglicht eine flexible Anordnung der Sensorknoten.
Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch die Verwendung eines kapazitiven Sensors und einer Verarbeitungseinheit, die zur Erfassung einer Kapazitätsänderung bzw. zur Erzeugung von Kapazitätsänderungsdaten ausgebildet sind, als Sensorknoten zum Anschluss an eine
Datenübertragungseinrichtung, vorzugsweise ein Bussystem, eines Fahrzeugs zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich, vorzugsweise eines Cabrioverdecks.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Sicherheitssystems als Blockschaltbild;
Figur 2a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verdecks mit einem Sicherheitssystem, wobei das Verdeck an einem Fahrzeug montiert ist, in einer Seitenansicht; und
Figur 2b eine schematische Darstellung der Ausführungsform nach Figur 2a in einer Draufsicht.
In der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung werden für gleiche und gleich wirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Sicherheitssystems 10 mit drei Sensorknoten 11a, 11b, 11c und einer
Auswertungseinheit 13, die über eine Datenübertragungseinrichtung 12
signalleitend miteinander verbunden sind. Jeder Sensorknoten 11a, 11b, 11c umfasst jeweils einen kapazitiven Sensor 15a, 15b, 15c und eine zugehörige Verarbeitungseinheit 16a, 16b, 16c, die zusammen eine strukturelle Einheit bilden, beispielsweise indem sie gemeinsam in einem Gehäuse, auf einer Platine oder auf miteinander verbundenen Trägerkörpern angeordnet sind. Die
Sensorknoten 11a, 11b, 11c sind jeweils über Verbindungsleitungen 14a, 14b, 14c signalleitend mit der Datenübertragungseinrichtung 12 verbunden, wobei die Verbindungsleitungen 14a, 14b, 14c z.B. als elektrische Leiterbahnen oder als Drähte ausgeführt sein können. Hier ist die Datenübertragungseinrichtung 12 als ein CAN-Bus mit einer Can-High-Leitung 17 und einer CAN-Low-Leitung 18 ausgebildet, die über jeweils eine Verbindungsleitung 14a, 14b, 14c mit dem jeweiligen Sensorknoten 11a, 11b, 11c verbunden sind. Zwischen einem kapazitiven Sensor 15a, 15b, 15c und einer Verarbeitungseinheit 16a, 16b, 16c kann eine Abschirmung von Verbindungsleitungen oder Leiterbahnen vorgesehen sein. Die Verbindungsleitungen 14a, 14b, 14c sowie die Datenbusleitungen, hier die Leitungen des CAN-Bussystems 17 und 18 (CAN-High bzw. CAN-Low), der Datenübertragungseinrichtung 12 sind allerdings vorzugsweise nicht, zumindest nicht gesondert, abgeschirmt. Das Sicherheitssystem 10 ist hier auf der rechten Seite abgeschnitten dargestellt und kann weitere Sensorknoten umfassen.
Insbesondere können weitere Sensorknoten an die Datenübertragungseinrichtung 12 angeschlossen sein, die funktional nicht zu dem Sicherheitssystem 10 gehören.
Die kapazitiven Sensoren 15a, 15b, 15c sind als Näherungssensoren mit einer Elektrode (nicht dargestellt) ausgebildet, die eine Annäherung eines Körperteils an die Elektrode als eine Kapazitätsänderung erfassten, vorzugsweise als die Verstimmung einer Resonanzfrequenz eines Schwingkreises im Vergleich zu einer Referenzfrequenz. Die Verarbeitungseinheiten 16a, 16b, 16c haben die Funktion, aus einer messtechnisch erfassten Kapazitätsänderung einen
Kapazitätsänderungswert zu ermitteln und daraus Kapazitätsänderungsdaten zu erzeugen. Diese Kapazitätsänderungsdaten werden über die Verbindungsleitungen 14a, 14b, 14c und weiter über die Datenübertragungseinrichtung 12 an die Auswertungseinheit 13 übertragen. Die Kapazitätsänderungsdaten enthalten vorzugsweise ein Frequenzverhältnis, das die erfasste Kapazitätsänderung
(eindeutig) beschreibt. Die Auswertungseinheit 13 hat die Funktion, aufgrund der in den Kapazitätsänderungsdaten enthaltenen Kapazitätsänderungswerten zu erkennen, ob sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet, der von einem der kapazitiven Sensoren 15a, 15b oder 15c überwacht wird. Für die Erkennung vergleicht die Auswertungseinheit 13 die empfangenen
Kapazitätsänderungsdaten bzw. -werte mit gespeicherten
Kapazitätsänderungsschwellenwerten. Die Kapazitätsänderungsschwellenwerte entsprechen einem festgelegten Schwellenwert, der ein Kriterium definiert, ob eine Kapazitätsänderung groß genug ist, um darauf schließen zu können, dass sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet. Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem 10 hat den Vorteil, dass es mit wenig Aufwand umsetzbar ist und die Sensorknoten 11a, 11b und 11c räumlich flexibel angeordnet werden können. Kapazitätsänderungsdaten, insbesondere in Form von digitalen Signalen, werden anstelle von physikalischen Messgrößen, insbesondere in Form von analogen Spannungssignalen, übertragen. Kapazitätsänderungsdaten sind weniger störanfällig, insbesondere für elektromagnetische Einflüsse auf Übertragungsleitungen, Dadurch kann eine Abschirmung der Leitungen der Datenübertragungseinrichtung 12 entfallen. Die Sensorknoten 11a, 11b, 11c können platziert werden, wobei lediglich die Verbindungsleitungen 14a, 14b, 14c in ihrer Länge passend gewählt werden müssen.
Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdecks 20 mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem 10, wie es im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde. Das Verdeck 20 ist an einem Fahrzeug 100, hier ein Cabrio, montiert und entsprechend als ein Cabrioverdeck ausgebildet. Das Fahrzeug 100 weist einen Kofferraum mit einem
Kofferraumdeckel 32 auf, wobei die Auswertungseinheit 13 hier im Kofferraum angeordnet ist, aber ebenfalls an einer anderen Stelle innerhalb des Fahrzeugs 100 angeordnet sein könnte. Das Verdeck 20 ist hier als ein flexibles Verdeck (Softtop) mit einem Verdeckstoff 21, der von einem metallischen Gestänge 22 getragen wird, ausgeführt, könnte aber auch als ein klappbares Verdeck aus einem stabilen Material (Hardtop) ausgeführt sein. Das Verdeck 20 ist über beidseitige Verdecklager 23 in der Karosserie des Fahrzeugs 100 gelagert und in einen Verdeckkasten (nicht dargestellt) mit einem Verdeckkastendeckel 24 verstaubar. Die Bewegung des Verdecks 20 ist durch Doppelpfeile angedeutet. Ein erster Sensorknoten 11a ist am Gestänge 22 angebracht, das elektrisch isoliert ist. Das Gestänge 22 bildet eine Elektrode des kapazitiven Sensors 15a oder ist mit dieser elektrisch leitend verbunden. Der kapazitive Sensor 15a des ersten Sensorknotens 11a überwacht einen Gefahrenbereich in der Nähe des Gestänges 22 und vorzugsweise in der Nähe der mit dem Gestänge 22 leitend verbundenen Bestandteile des Verdecks 20, wie z.B. Spriegel oder weitere Streben. Ein zweiter Sensorknoten 11b ist am Windlauf 31 des Fahrzeugs 100 angebracht, um einen Gefahrenbereich entlang der Vorderkante des Verdecks 22 oder in der Nähe der Verriegelung, insbesondere an beidseitigen Verschlusshaken, zu überwachen. Ein dritter Sensorknoten 11c ist am Verdeckkastendeckel 24 angebracht, um einen Gefahrenbereich in der Nähe eines Spalts zwischen einer Kante des
Verdeckkastendeckels 24 und der Fahrzeugkarosserie zu überwachen. Die
Datenübertragungseinrichtung 12 ist hier als ein CAN-Bussystem ausgebildet, wobei die Sensorknoten 11a, 11b, 11c an einen fahrzeugintern vorhandenen Fahrzeugbus angeschlossen werden können, oder ein separater Datenbus für das Sicherheitssystem 10, insbesondere speziell für das Verdeck 20, vorgesehen sein kann. Es können weitere Sensorknoten zur Überwachung von Gefahrenbereichen des Verdecks 20 an anderen Stellen, vorzugsweise an beiden Selten des Fahrzeugs 100, vorgesehen sein. Über die Datenübertragungseinrichtung 12 werden Kapazitätsänderungsdaten übertragen, die eine Änderung bzw.
Abweichung einer Kapazität von einer Kapazitätsreferenz beschreiben. Zum Beispiel könnte ein Verlauf von Referenzwerten, vorzugsweise positionsabhängig, für eine Bewegung des Verdecks 20 hinterlegt sein, die als Referenz für die
Ermittlung einer Kapazitätsänderung bzw. -abweichung gegenüber dieser
Referenz dient Wenn zum Beispiel ein Kapazitätsänderungswert einen
vorgegebenen Kapazitätsänderungsschwellenwert übersteigt, wird die Bewegung gestoppt. Ein erfindungsgemäßes Verdeck 20 hat den Vorteil, dass die
Sensorknoten 11a, 11b, 11c flexibel angeordnet werden können und das
Sicherheitssystem 10 mit geringem leitungstechnischem Aufwand umsetzbar ist. Ein erfindungsgemäßes Verdeck 20 könnte auch für andere Fahrzeuge als ein Kraftfahrzeug, beispielsweise für ein Boot, vorgesehen sein.
An dieser Stelle darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Aspekte der Erfindung für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als wesentlich für die Erfindung beansprucht werden. Entsprechendes gilt für die erläuterten Verfahrensschritte. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezuoszeichenliste:
10 Sicherheitssystem
11a erster Sensorknoten
11b zweiter Sensorknoten
11c dritter Sensorknoten
12 Datenübertragungseinrichtung
13 Auswertungseinheit
14a, b, c Verbindungsleitung
15a, b, c kapazitiver Sensor
16a, b, c Verarbeitungseinheit
17 CAN-High-Leitung
18 CAN-Low-Leitung
20 Verdeck
21 Verdeckstoff
22 Gestänge
23 Verdecklager Verdeckkastendeckel Windlauf
Kofferraumdeckel Fahrzeug

Claims

Ansprüche
1. Sicherheitssystem (10) zur Erkennung eines Körperteils in einem
Gefahrenbereich für ein Fahrzeug (100), vorzugsweise für ein Cabrioverdeck, umfassend:
- mindestens einen Sensorknoten (11a, 11b, 11c), der jeweils einen
kapazitiven Sensor (15a, 15b, 15c) und eine Verarbeitungseinheit (16a,
16b, 16c) aufweist,
wobei der kapazitive Sensor (15a, 15b, 15c) mindestens eine Elektrode aufweist und dazu ausgebildet ist, aufgrund einer Annäherung eines Körperteils an die Elektrode eine Kapazitätsänderung zu erfassen, und wobei die Verarbeitungseinheit (16a, 16b, 16c) dazu ausgebildet ist, Kapazitätsänderungsdaten aufgrund einer von dem kapazitiven Sensor (15a, 15b, 15c) erfassten Kapazitätsänderung zu erzeugen;
- eine Auswertungseinheit (13), die dazu ausgebildet ist, zumindest aufgrund von empfangenen Kapazitätsänderungsdaten zu erkennen, dass sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet;
- eine Datenübertragungseinrichtung (12) zur Übertragung der erzeugten Kapazitätsänderungsdaten von einem Sensorknoten (11a, 11b, 11c) an die Auswertungseinheit (13).
2. Sicherheitssystem (10) nach Anspruch 1,
dad u rch geken nzeichnet, dass
die Datenübertragungseinrichtung (12) eine echtzeitfähige
Kommunikationsverbindung umfasst, die insbesondere als ein Bussystem, vorzugsweise als ein CAN-Bus oder ein FlexRay-Bus, ausgeführt ist,
3. Sicherheitssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere, vorzugsweise alle, Sensorknoten (11a, 11b, 11c) des
Sicherheitssystems (10) über die Datenübertragungseinrichtung (12) mit einer einzigen Auswertungseinheit (13) verbunden sind,
4. Sicherheitssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadu rch geken nzeichnet, dass
die Kapazitätsänderungsdaten ein Frequenzverhältnis enthalten, insbesondere ein Verhältnis aus einer verstimmten Resonanzfrequenz eines Schwingkreises und einer Referenzfrequenz einer schwingungserzeugenden Schaltung, die vorzugsweise einen Schwingquarz umfasst,
5. Sicherheitssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dad u rch geken nzeichnet, dass
die Auswertungseinheit (13) dazu ausgebildet ist, Temperaturmessdaten und/oder Luftfeuchtigkeitsmessdaten zu empfangen und insbesondere
Kapazitätsänderungsschwellenwerte unter Berücksichtigung von empfangenen Temperaturmessdaten und/oder Luftfeuchtigkeitsmessdaten zu ermitteln, vorzugsweise zu berechnen.
6. Sicherheitssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein erster Sensorknoten (11a) zur Erfassung eines Körperteils im
Gefahrenbereich eines Gestänges (22) eines Verdecks (20) eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Cabrioverdecks, ausgebildet ist; und/oder
- ein zweiter Sensorknoten (11b) zur Erfassung eines Körperteils im
Gefahrenbereich eines Windlaufs (31) eines Fahrzeugs (100) ausgebildet ist; und/oder - ein dritter Sensorknoten (11c) zur Erfassung eines Körperteils im
Gefahrenbereich eines Verdeckkastendeckels (33) eines Fahrzeugs (100) ausgebildet ist.
7. Sicherheitssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein erster Sensorknoten (11a), insbesondere eine Elektrode des kapazitiven Sensors (15a) des ersten Sensorknotens (11a), an einem, vorzugsweise metallischen, Gestänge (22) eines Verdecks (20) eines Fahrzeugs (100) anbringbar und/oder elektrisch leitend damit verbindbar ist; und/oder
- ein zweiter Sensorknoten (11b), insbesondere eine Elektrode des
kapazitiven Sensors (15b) des zweiten Sensorknotens (11b), an einem Windlauf (31) eines Fahrzeugs (100) anbringbar und/oder elektrisch leitend damit verbindbar ist; und/oder
- ein dritter Sensorknoten (11c), insbesondere eine Elektrode des
kapazitiven Sensors (15c) des dritten Sensorknotens (11c), an einem Verdeckkastendeckei (33) eines Fahrzeugs (100) anbringbar und/oder elektrisch leitend damit verbindbar ist.
8. Sicherheitssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dad u rch geken nzeichnet, dass
mindestens ein Sensorknoten (11a, 11b, 11c) eine Auswertungseinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, zumindest aufgrund von durch die
Verarbeitungseinheit (16a, 16b, 16c) erzeugten Kapazitätsänderungsdaten zu erkennen, dass sich ein Körperteil in einem dem Sensorknoten (11a, 11b,
11c) zugeordneten Gefahrenbereich befindet.
9. Verdeck (20) für ein Fahrzeug (100), insbesondere Cabrioverdeck,
umfassend ein Sicherheitssystem nach einem der vorherigen Ansprüche.
10. Verdeck (20) nach Anspruch 9,
dadu rch gekennzeich net, dass
das Verdeck (20), insbesondere ein, vorzugsweise metallisches, Gestänge (22) des Verdecks (20), elektrisch isoliert ist, insbesondere gegenüber einer Fahrzeugkarosserie.
11. Verdeck (20) nach Anspruch 9 oder 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Verdeck (20) einen Verdeckkastendeckel (24) aufweist, der elektrisch isoliert ist, insbesondere gegenüber einer Fahrzeugkarosserie,
12. Verfahren zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich für ein Fahrzeug (100), vorzugsweise für ein Cabrioverdeck, das insbesondere ein Sicherheitssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
- Erfassen einer Kapazitätsänderung durch einen kapazitiven Sensor (15a, 15b, 15c) eines Sensorknotens (11a, 11b, 11c) aufgrund einer Annäherung eines Körperteils an eine Elektrode des kapazitiven Sensors (15a, 15b, 15c);
- Erzeugen von Kapazitätsänderungsdaten durch eine Verarbeitungseinheit (16a, 16b, 16c) des Sensorknotens (11a, 11b, 11c) aufgrund der von dem kapazitiven Sensor (15a, 15b, 15c) erfassten Kapazitätsänderung;
- Übertragen der erzeugten Kapazitätsänderungsdaten von dem
Sensorknoten (11a, 11b, 11c) an eine Auswertungseinheit (13) über eine Datenübertragungseinrichtung (12), vorzugsweise über ein Bussystem;
- Erkennen durch die Auswertungseinheit (13), zumindest aufgrund der empfangenen Kapazitätsänderungsdaten, dass sich ein Körperteil in einem Gefahrenbereich befindet.
13. Verwendung eines kapazitiven Sensors (15a, 15b, 15c) und einer
Verarbeitungseinheit (16a, 16b, 16c), die zur Erfassung einer
Kapazitätsänderung bzw. zur Erzeugung von Kapazitätsänderungsdaten ausgebildet sind, als Sensorknoten (11a, 11b, 11c) zum Anschluss an eine Datenübertragungseinrichtung (12), vorzugsweise ein Bussystem, eines Fahrzeugs (100) zur Erkennung eines Körperteils in einem Gefahrenbereich, vorzugsweise eines Cabrioverdecks.
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