用于无接触地操作车门的传感器单元.pdf

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1、10申请公布号CN103430220A43申请公布日20131204CN103430220ACN103430220A21申请号201180064814622申请日20111224102011008277820110111DEG07C9/00200601E05B65/2020060171申请人博泽哈尔施塔特汽车零件两合公司地址德国哈尔施塔特72发明人霍尔格维斯特莱恩安德烈京雷本74专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司11219代理人杨靖车文54发明名称用于无接触地操作车门的传感器单元57摘要说明了一种用于无接触地操作车门（19）的电容式传感器单元（1）。传感器单元（1）包括电极装置（3）。

2、，其带有至少三个彼此相间隔的电极（4、5、6），即第一发射电极（4）、第二发射电极（6）和布置在它们之间的接收电极（5）。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2013071186PCT申请的申请数据PCT/EP2011/0065692011122487PCT申请的公布数据WO2012/095157DE2012071951INTCL权利要求书1页说明书7页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图5页10申请公布号CN103430220ACN103430220A1/1页21一种用于无接触地操作车辆的车门（19）的电容式传感器单元（1），其包括带有至。

3、少三个彼此相间隔的电极（4、5、6）的电极装置（3），其特征在于，所述电极装置（3）包括第一发射电极（4）、第二发射电极（6）和布置在它们之间的接收电极（5）。2根据权利要求1所述的传感器单元（1），其特征在于，所述第一发射电极（4）和所述接收电极（5）实施为扁平导体，而所述第二发射电极（6）实施为圆导体。3根据权利要求1或2所述的传感器单元（1），其特征在于，所述第一发射电极（4）和所述接收电极（5）集成在共同的扁平导体带（9）中。4根据权利要求1至3之一所述的传感器单元（1），其特征在于，所述电极（4、5、6）由环圈状单个导线形成，其中，所述发射电极（4、6）的环圈绕法与所述接收电极（5）。

4、的环圈绕法相反地定向。5根据权利要求4所述的传感器单元（1），其特征在于具有控制单元（8），用于产生用于所述发射电极（4、6）的发射信号（S）以及用于评估被所述接收电极（5）接收的接收信号（E），其中，所述控制单元（8）布置在两个发射电极（4、6）之间。6根据权利要求1至5之一所述的传感器单元（1），其特征在于具有控制单元（8），用于产生用于所述发射电极（4、6）的发射信号（S）以及用于评估被所述接收电极（5）接收的接收信号（E），其中，所述传感器单元（8）被设定用于由两个彼此相移的部分信号（IS、QS）产生所述发射信号（S）；将所述接收信号（E）拆分成两个相应的部分信号（IE、QE）；由所述。

5、接收信号（E）的部分信号（IE、QE）形成差信号（D）；并且当所述差信号（D）满足预先设置的触发标准时，发出命令操作所述车门（19）的触发信号（SAM、SAS）。7根据权利要求5和6之一所述的传感器单元（1），其特征在于，所述传感器单元（8）被设定用于将所述发射信号（S）时间上交替地发射到所述第一发射电极（4）和所述第二发射电极（6）上。8一种车辆，尤其是机动车，其带有车门，尤其是后盖（19），并且带有根据权利要求1至7之一所述的用于无接触地操作车门的传感器单元（1）。9根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述传感器单元（1）布置在车辆保险杠（2）上或内部。10根据权利要求8或9所述的车辆，。

6、其特征在于，所述电极（4、5、6）基本上在保险杠（2）的整个宽度上平行于保险杠纵向（A）延伸。11一种用于借助根据权利要求1至7之一所述的传感器单元（1）无接触地操作车门（19）的方法，其特征在于，发射信号（S）由两个彼此相移的部分信号（IS、QS）产生，并且发射到所述发射电极（4、6）上；由所述接收电极（5）接收的所述接收信号（E）被拆分成两个相应的部分信号（IE、QE）；由所述接收信号（E）的部分信号（IE、QE）形成差信号（D）；并且当所述差信号（D）满足预先设置的触发标准时，发出命令操作所述车门（19）的触发信号（SAM、SAS）。权利要求书CN103430220A1/7页3用于无接触。

7、地操作车门的传感器单元技术领域0001本发明涉及一种用于无接触地操作，也就是说用于打开或关闭车门，尤其是后盖的传感器单元。背景技术0002对于车辆使用者而言在某些情况下可能希望，可以无接触地打开或关闭车门，尤其是储物空间的后盖。尤其当车辆被装载或卸载，而使用者的双手拿着如饮料箱之类的物体时，特别存在这种需求。0003近年来公知有多种用于无接触地操作后盖的设备，它们借助电容式测量技术，将车辆使用者特定的腿部运动，例如朝向车辆方向或在车辆后方的保险杠下方的脚部运动识别为开门意愿，并由此命令后盖自动打开。0004这种设备尤其由DE102008063366A1公知。该设备包括两个彼此相间隔的电容式接近。

8、传感器以及用于评估电容式测量信号的控制单元。两个接近传感器探测两个分开的检测区域，其中，仅当在两个检测区域中都检测到有身体部分接近时，后盖才被操作。0005对于测量电容及其变化而言，在电容式接近传感器中典型地使用了所谓的“电荷转移方法”。为此，传感器电极被电加载并且与参考电容并联。为了评估参考施加在参考电容上的电压。“电荷转移方法”的特点是高准确性，但是相对耗时耗能。0006通常使用的电容式接近传感器大多测量传感器电极与物体之间形成的电容。但是对于无接触的车门操作的应用领域而言，相对于物体的电容测量是不利的。也就是说，通过紧邻传感器单元的接地的车身部分形成了相对较大的基础电容，由于该基础电容对。

9、非常小的电容变化（例如典型地由身体部分出现在传感器单元的探测区域中引起）的测量变得困难。基础电容通常通过安装“有源屏蔽件（DRIVENSHIELDS）”而减小，该有源屏蔽件将车体相对传感器电极屏蔽。但是“有源屏蔽件”减小了电容式接近传感器的检测范围，这对通过腿部运动来表明开门意愿的识别又是不利的。0007由DE102009025212A1公知了另一种用于无接触地操作后盖的设备。这个装置包括如下电容式接近传感器，其带有两个电极，在这两个电极之间布置有与车体电连接的第三电极。这种电极装置允许两个外部电极的电容相互测量，而对此无需附加的参考电容。在这种设备中，电容式传感器的两个电极被周期性的充电和放。

10、电。在此，借助控制单元，在电极之间出现的电压的曲线变化被评估。如果这个电压达到了预先设置的阈值，那么由控制单元发出操作车门的信号。发明内容0008本发明的任务是，说明一种用于无接触地操作车门的高效且不易出错的传感器单元以及带有这种传感器单元的车辆。此外，本发明的任务是，说明一种用于借助这种传感器单元无接触地操作车门的改进方法。0009在电容式传感器单元方面，该任务根据本发明由权力要求1的特征部分来解决。说明书CN103430220A2/7页4在包含该传感器单元的车辆方面，该任务根据本发明由权力要求8的特征部分来解决。此外，在用于无接触地操作车门的方法方面，该任务根据本发明由权力要求11的特征部。

11、分俩解决。有利的设计方案和改进方案是从属权力要求的主题。0010根据本发明的电容式传感器单元包括三部分的电极装置，其带有两个发射电极和在它们之间间隔布置的接收电极。0011在传感器单元中，在发射电极与接收电极之间的定性的电容值被探测，由此不再需要如在电荷转移方法中所使用的参考电容。由此，传感器单元的运行省时且节能。由此也不再需要传感器单元与“有源屏蔽件”或用于屏蔽车体的类似物的耦接。0012在传感器单元运行期间，由发射电极以对于电容式传感器而言典型的方式将电磁散射场或检测场辐射到周围空间中。检测场限定出围绕传感器单元的探测区域或检测区域。“探测区域”和“检测区域”的概念通常表明传感器单元的测量。

12、敏感区域，也就是说传感器单元可以检测到车辆使用者接近的区域。在车辆使用者接近时，电磁散射场可通过车辆使用者的身体组织测到地被影响。0013在此，通过两个发射电极与共同的接收电极的组合，节省资源地形成了两个部分检测区域，其可以实现双重的接近测量。通过检测区域的冗余可以将表明开门意愿的脚部运动与其他的接近信号，例如由沿着保险杠走过的猫引起的信号区分开。在此，除了纯粹的冗余效果，通过两个在位置上错开的检测场的布置也可以得到附加的信息，通过该信息明显降低了错误触发的危险。尤其可以通过在两个检测区域的每一个中被检测到的接近物的顺序和信号强度来推断检测到的物体类型。因此，例如，主要是下部检测区域感应到在车。

13、辆下面经过的猫，而上部检测区域不受影响或仅受很小影响。相反地，当人腿接近（开门意愿）时两个检测区域都会被影响。但是上部检测区域早于下部检测区域检测到腿的接近。0014原则上，两个接收电极与共同的发射电极的组合也可以代替两个发射电极与共同的接收电极的组合来使用。0015在优选的应用中，车门是后盖。在合适的安装状况中，传感器单元在这种情况下适宜地布置在车辆保险杠上或处于视觉原因优选布置在车辆保险杠内部。最后提到的变型方案具有如下附加的优点，即，传感器单元被保护免受外部影响，尤其是免受天气影响。原则上，根据本发明的传感器单元也可以用于无接触地操作对另外的车门。但是在每一种情况下，传感器单元都优选在靠。

14、近要操作的车门的区域中布置在车辆上或车辆内部。0016在优选的实施方式中，电极元件在安装时基本上在保险杠中在其整个宽度上延伸。在此，发射电极和接收电极以合适的方式平行地沿保险杠纵向布置。由此，传感器单元覆盖了很大的可检测到的区域。0017在优选的安装方式中，第一发射电极和接收电极实施为扁平导体，而第二发射电极则实施为圆导体，其中，第一发射电极尤其布置在第二发射电极上方。发射电极的这种构造，在配属于第一发射电极的探测区域中引起了所属检测场的相对定向的、狭长的构造，而属于第二发射电极的检测场较宽，也就是说较强地扇状打开。这种不同的检测场几何形状的组合，尤其对于电极在车辆保险杠中的布置而言是有利的。。

15、0018在另一有利的构造方式中，第一发射电极和接收电极集成在共同的、优选挤压成型的、组合的扁平导体电极。0019在本发明的适宜的变型方案中，电极由环圈状布置的单个导线构成。通过一方面说明书CN103430220A3/7页5发射电极和另一方面接收电极的绕法的相反的取向，得到了沿着由电极跨过的面的近似均匀的电容分布。0020在有利的实施方式中，传感器单元具有控制单元，其用于产生被输送到发射电极的电发射信号，以及用于评估被接收电极接收的电接收信号。适宜地，由控制单元发射和接收的信号为交流电压。控制单元尤其通过带有在其中被执行的控制软件的形成，或者除了其他模拟或数字的电路元件包括至少一个这样的微控制器。

16、。0021在上述的电极装置中，其中，一方面发射电极和另一方面接收电极由相反缠绕的导体环圈形成，控制单元优选为布置在两个发射电极之间。当电极安装或集成在车辆保险杠上或内部时，在此适宜的是，控制单元也集成在保险杠上或内部。在控制单元的这种近似对称且靠近电极的布置中，适宜的是，电极直接与控制单元联接。以这种方式，在电极与控制单元之间的电传输线（这些电传输线必须昂贵地被屏蔽，否则测量结果可能出错）变得多余，并且相应地优选不设置。0022在本发明有利的实施方式中，控制单元被在电路技术和/或编程技术上构造用于由两个彼此（尤其是以90相位角）相移的部分信号产生发射信号，这个组合的发射信号被发送到发射电极处，。

17、并且由相应的被接收电极接收的接收信号的部分信号形成差信号。在此，当差信号满足预先设置的（触发）标准时，控制单元发出触发信号。在此尤其设置阈值比较作为触发标准，在阈值比较期间，控制单元将差信号与储存的阈值进行比较，并且在超过阈值时产生触发信号。0023上述的方法结合本身在数据传输中公知为“IQ调制”的技术。在传统的“IQ调整”中，在发射站中数据流被调制到两个部分（载波）信号中的每一个上。然后，这两个（通常不同的）数据流在将两个部分信号分开后在各自的部分（载波）信号的接收站中被解调。由此，通过IQ调制可以通过共同的信号实现两路信息传输。然而与公知技术相比，在根据本发明优选的方法中通过控制单元没有信。

18、息被调制到部分信号上。两个部分信号仅在场空间中被修改，也就是说，在经由发射电极的发出与通过接收电极的接收之间，通过可能出现的车辆使用者的身体被修改，其中，在此两个部分信号经历相同的相位变化。在此这个方法利用的是，由于两个部分信号的相位差别，在场空间中产生的相位变化在两个部分信号各自的实部中以不同的符号表示。因此在差信号中，相位变化被增强地表示，而部分信号中由噪声引起的波动在差信号中统计上地减小。因此，通过应用两个部分信号，借助简单的器件就实现了改进的信噪比。0024为了可以简单地分开两个发射电极的接收信号，在有利的改进方案中设置，在传输发射信号时，控制单元时间上交替地在发射电极之间转换。也就是。

19、说，对于每个时间点，控制单元始终仅加载两个发射电极中的一个，从而对于每个时间点接收信号也始终仅来自于两个发射电极中的一个。0025为了排出传感器单元被未授权的人或例如动物错误触发的危险，传感器单元优选与全自动打开式门锁系统（“无钥匙启动系统（KEYLESSGO）”）相结合，那么仅当门锁系统，例如通过在车辆使用者的钥匙中的无线电发射器被解锁时，该门锁系统才会释放对车门的操作。附图说明说明书CN103430220A4/7页60026下面，结合附图详细描述本发明的实施例。其中0027图1示出机动车保险杠的正视图，该保险杠带有用于无接触地操作机动车后盖的电容式传感器单元，其中，传感器单元具有两个发射电。

20、极、共同的接收电极以及控制单元；0028图2以根据图1的图示示出传感器单元的实施方式，其中，接收电极与发射电极一起集成在共同的扁平导体中；0029图3以根据图1的图示示出传感器单元的实施方式，其中，发射电极和接收电极构造为环圈状单个导体，其中，一方面发射电极的环圈和另一方面接收电极的环圈具有相反的缠绕方向；0030图4示出带有布置在其上的传感器单元的保险杠的侧视图，连同构造在发射电极与接收电极之间的电磁散射场；0031图5示出由控制单元在发射电极发出的发射信号的两个彼此以90相移的部分信号的复数的（也就是说，描绘出复平面的）矢量图；0032图6以根据图5的图示示出由接收电极接收的接收信号的两个。

21、相应的部分信号；0033图7示出接收信号的第二部分信号（Q通道）和第一部分信号（I通道，在此反转示出）以及由此形成的差信号的时间曲线图；以及0034图8示出机动车尾部的粗略示意的侧视图，该尾部设有用于无接触地操作后盖的传感器单元，以及接近的车辆使用者的腿。0035彼此相应的部件和数值在所有附图中始终设有相同的附图标记。具体实施方式0036图1至图3示出电容式传感器单元1的不同的实施方式，该电容式传感器单元布置在（机动车）保险杠2内部。传感器单元1的电极装置3包括第一发射电极4、接收电极5和第二发射电极6。电极装置3（在图1和图2中）通过电传输线7与控制单元8连接。在根据图1和图2的实施例中，传。

22、输线7设计有抵抗电磁干扰场的屏蔽装置，由此控制单元8可以从保险杠2受天气影响的区域移到所属机动车的干燥空间中。0037传感器单元1的电极4、5和6平行于保险杠纵向A，基本上在保险杠2的整个宽度上延伸。电极4、5和6彼此相间隔地处于电极平面AB中，其由保险杠纵向A和保险杠横向B张开。在此，接收电极5在发射电极4与6之间，总是与后者保持一定间距地布置。0038在根据图1的实施例中，第一发射电极4和接收电极5实施为分别独立的扁平导体。第二发射电极6同样可以由扁平导体形成。但优选的是，为了得到所属检测场的更宽的扇状打开，第二发射电极6实施为圆导体。0039根据图2的实施例与上述实施例的不同在于，在此发。

23、射电极4和接收电极5一起集成在挤压成型的扁平导体带9中。而第二发射电极6优选如在根据图1的实施例中那样构造为圆导体。0040在图3示出的实施方式中，电极4、5和6分别由尤其是具有圆形横截面的单个导线形成，其中，这些单个导线在电极平面AB中分别以开环形式铺设。在此，形成接收电极5的导体环圈的缠绕方向与形成发射电极4和6的导体环圈的缠绕方向反向地定向。0041在根据图3的电极装置中，电极4、5和6，尤其是在没有中间接入的、必要时被屏蔽的传输线7的情况下，直接与控制单元8连接，该控制单元在此在发射电极4和6之间在由说明书CN103430220A5/7页7它们张开的面中间布置在在保险杠2上或布置在保险。

24、杠2中。0042如图4示意性示出的那样，为了保护不受外部影响，电极4、5和6尤其布置在保险杠2内部。0043在传感器单元1运行中，由控制单元8将交流电压施加到发射电极4和6上，该交流电压在下文中被称为发射信号S。在发射信号S的作用下，从发射电极4和6出发，在前置于保险杠2的空间体积中构造出电磁散射场11，这个空间体积在下文中被称为检测空间或探测空间。具体而言，散射场11的部分场11A在发射电极4与接收电极5之间延伸，而散射场11的其他部分场11B在发射电极6与接收电极5之间延伸。0044通过未示出的屏蔽装置可选地确保了，电极装置3的散射场11仅辐射到保险杠2外部半空间中。由此，传感器单元1的探。

25、测空间或检测空间基本上局限在车辆保险杠外部半空间上，由此尤其排除掉传感器单元1不受来自车辆内部的干扰场影响。0045电极装置3如下这样以时间多路复用的方式运行，即，通过控制单元8的开关单元15交替地始终仅给一个发射电极4或6提供发射信号S。由此，两个部分场11A和11B可以通过共同的接收电极5彼此分开地被监测。0046在图4中示出的实施方式中，控制单元8包括两个交流电压源12和13，其产生了两个彼此以90相移的、尤其是在时间上呈正弦形式或呈余弦形式变化的电部分信号IS（I通道）和QS（Q通道）。图5以复平面中的矢量图示例性示出两个产生的部分信号IS和QS，该复平面由实轴RE和虚轴IM张开。在此。

26、，矢量尖端到实轴RE上的投影相应于部分信号IS和QS的（可测的）实数值。部分信号IS和QS通过加法器14被组合成发射信号S，并且通过开关单元15交替地发射到电极装置3的发射电极4和6上。0047接收电极5与分流电阻10或控制单元8的另一交流器电路连接，其将在电极装置3运行期间出现的转移电流转换为电压，该电压在下文中被称为接收信号E。接收信号E在被控制单元8评估之前，优选通过（未明确示出的）放大器电路放大。0048接收信号E同样包括来自发射的部分信号IS和QS的信息。尤其地，接收信号E在数学上同样由两个呈正弦形式或呈余弦形式的部分信号IE和QE的和得出，它们相应于发射信号S的I通道或Q通道，并且。

27、同样具有彼此间90的相移。在图6中，以相应于图5中的矢量图在复平面中示出部分信号IE和QE。借助控制单元8的通道分离器16将部分信号IE和QE从接收信号E中分离出来（类似在IQ调制中所需的技术）。0049发射信号S与（与转移电流流量成比例的）接收信号E之间的相移，由传感器单元1的容性无功阻抗与恒定的欧姆电阻的比例来确定。在静态的（无干扰的）状态下，也就是说，在传感器1的探测空间中没有身体部分的情况下，这个比例是恒定的，从而使得发射信号S与接收信号E之间的相移在时间上没有变化。因此，静态的无功阻抗尤其可以通过控制单元8来补偿，从而使得发射信号S和（补偿后的）接收信号E在静态的状态下至少近似同相。。

28、对于静态状态，部分信号IE和QE在图6中用虚线示例性示出。0050由于身体部分，例如车辆使用者的腿进入到散射场11中，使电极装置3的电容受到影响。由此，传感器单元1的容性无功阻抗发生变化，而欧姆电阻保持恒定，由此接收信号E的相位相对于发射信号S以相位角发生变化。因此，部分信号IE和QE的相位也以相位角发生变化（如图6中实线所示）。由于在部分信号IE与QE之间的相移为90，所以部分信号IE和QE在实数值上的相位变化相反地变化（如图6所示）。在所示的例子中，部说明书CN103430220A6/7页8分信号IE的实数值由于相位变化而变大，而部分信号QE的实数值则变小。0051控制单元8充分利用该效果。

29、，其方法是，控制单元循环地分别关于激励电压S的过零点扫描部分信号IE和QE的实数值并由此借助减法器17形成差信号D。差信号D被传递到比较器18上，该比较器将差信号D与储存的阈值进行比较，并且当差信号D超出阈值时，产生触发信号SAM以及SAS。在此，形成差的优点尤其在于，由于相位变化在两个部分信号IE与QE实数值上的相反的作用加强了差信号中的相位变化，如图7所示。换句话说也就是，通过形成I通道和Q通道的差，与仅评估一条通道相比，实现了更强的电平变化。而部分信号IE与QE的噪声成分通过形成差在统计上被平均掉。0052在优选的构造方案中，控制单元8包括微控制器，在该微控制器中执行自动实施上述方法的控。

30、制程序。减法器17和比较器18尤其优选在软件技术上作为控制程序的一部分来执行。控制单元8的提到的其余组成部分优选为在电路技术上实现。0053图8示出了在通过车辆使用者的腿20来无接触地操作后盖19期间车辆尾部区域的示意性截面图。车辆使用者通过他的另一条腿（站立腿21）与地面22接触。为了自动打开和关闭，后盖19设计有车门锁23和电机单元24。0054如果车辆使用者将他的腿沿方向F接近保险杠2，那么腿20侵入了传感器单元1的充满散射场11的探测空间中。接地的腿21充当附加电极，通过该电机减小了电极装置3的电容，从而如上所述在控制单元8中测定的差信号D超出阈值。0055控制单元8将由此产生的触发信。

31、号SAS发射到车门锁23上，并且将SAM发射到后盖电机24上。通过触发信号SAS或SAM，车门锁23被解锁并且后盖电机24被激活，由此后盖19自动打开。0056附图标记列表00571传感器单元00582保险杠00593电极装置00604发射电极00615接收电极00626发射电极00637传输线00648控制单元00659扁平导体带006610分流电阻006711散射场006811A部分场006911B部分场007012相移电压源007113电压源007214加法器007315开关单元007416通道分离器说明书CN103430220A7/7页9007517减法器007618比较器007719。

32、后盖007820腿007921站立腿008022地面008123车门锁008224电机单元0083A保险杠纵向0084AB电极平面0085B保险杠横向0086D差信号0087E接收信号0088IS部分信号（I通道）0089IE接收的部分信号（I通道）0090IM虚轴0091QE接收的部分信号（Q通道）0092QS部分信号（Q通道）0093RE实轴0094S发射信号0095SAS锁触发信号0096SAM电机触发信号0097S发射信号0098相位角说明书CN103430220A1/5页10说明书附图CN103430220A102/5页11图4说明书附图CN103430220A113/5页12图5说明书附图CN103430220A124/5页13图6图7说明书附图CN103430220A135/5页14图8说明书附图CN103430220A14。