专利名称：机动车锁定装置的传感器设备和相应方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测操作者身体部位对机动车锁定装置操 作点的作用的传感器设备，具有接近传感器，其中以这样的方式设置 接近传感器，使得接近传感器能够检测操作者身体部位对操作点的接近；具有机械传感器，其中机械传感器设置在操作点上，并且能够检 测操作者身体部位施加在操作点上的压力的变化；并且具有评估电 路，其中评估电路能够根据来自接近传感器和机械传感器的输出信号 生成指示操作者身体部位作用的输出信号。本发明还涉及一种用于检 测操作者身体部位对机动车锁定装置的操作点的作用的方法，其中利 用接近传感器检测操作者身体部位对操作点的接近，利用被设置在操 作点上的机械传感器检测操作者身体部位对操作点施加的压力的变 化，且评估电路根据接近传感器和机械传感器的输出信号生成指示操 作者身体部位作用的输出信号。
背景技术：
专利申请DE 10 2004 019 571中公开了前面所提类型的传感器 设备或方法。该专利申请中所描述的装置基于机动车锁定装置，其中 对操作者身体部位、特别是手的接近进行响应的电容式传感器被安装 在门把手中。电容式传感器每个都包括形式为金属表面或金属片的电 极、耦接到该电极的馈电和评估电路以及与作为基准电极的与车体地 电势的耦接。可以想到多个显著不同的馈电和评估电路用于电容式传 感器。例如，电极和基准地电势所形成的电容可以被提供以直流电压 或高频交流电压。评估电路检测相应存在的电容(或在交流电压的情 形中为阻抗)或其变化。例如，操作者的手接近电极就产生电容变化。 这些电容变化源自在电极和地电势之间所形成的电场的变化。基本上，操作者身体部位对电极的接近导致电容增加。例如借助于比较器 确定该电容增加，其中比较器将表示电容的评估电路内的电压或电流 值与阈值相比较，并根据比较生成输出信号。如果借助于电容式传感器确定手接近，则指示该接近的输出信号启动机动车中控制装置与操作者随身携带的ID发射器("钥匙")之 间的通信，且当作为机动车与ID发射器之间通信的结果确定该ID发 射器授予进入权时，机动车门上的锁定装置以这样的方式操作，即要 么(在希望进入时)以拉门把手打开门的方式释放门把手，或锁定装 置被锁上，使得拉门把手是无效的。在门把手上通常有两个电容式传 感器或两个电极单元。第一个电容式传感器的电极优选地被"^殳置在门 把手的面向车门的内表面上，第一个电容式传感器在检测到手接近后 释放锁定装置，从而在门把手随后被拉动时可以打开门。第二个电容 式传感器的电极优选被设置在门把手的外表面或上表面上，并优选通 过拇指作用而操作，第二个电容式传感器在检测到其操作时进行闭合 装置的锁定，从而拉门把手仍无效。对于这两个传感器，希望避免由另一物体(如落下的树叶)的接 近或接触、或者由其他影响(如雨、雪、冰或污染物)所引起的误触 发。在实现锁定的第二个电容式传感器中，还希望手对门把手的单纯 作用不触发该传感器，而是通过有目的地接触门把手上小的操作点而 触发该传感器。在一种已知的具有电容式传感器的锁定设备(DE 196 20 058 Al) 中，不仅确定电容变化的量或大小，而且确定变化率，以便更可靠地 确定手的接近或接触。在该情形中，传感器仅对相对快的电容变化(对 于操作者手的接近通常是这样)进行响应，但不对(例如由于天气和 污染物的影响所产生的)较慢的电容变化进行响应。通常，这样的过 程对于实现锁定装置解锁的第 一个电容式传感器是足够的。实现锁定的第二个电容式传感器通常被用于控制所谓的舒适功 能。这些舒适功能例如包括关闭打开的窗户、接通报警信号、关闭车顶和/或收叠后视镜，并且这些功能应该与锁定锁定装置同时地被启 动。然而，关闭窗户和关闭车顶是需要一定时间的操作。在该情形中， 通常规定，这些功能仅在启动这些功能的传感器被操作者操作、即只 在操作者将其手指放置在操作点上时被执行或继续。然而，只要操作 者将其手指从操作点移去，就应该中断可移动部件的舒适功能的操 作，例如应该停止关闭窗户或关闭车顶。然而，对此要求，不仅要可靠地检测电容式传感器操作的开始， 而且要可靠地检测操作的结束(即撤回操作者身体部位)。对此，专利申请DE 10 2004 019 571中所公开的传感器设备并不总是能够实 现。那里所提出的附加地设置用于检测操作者身体部位对操作点的挤 压力的压电传感器形式的机械辅助传感器确实能够实现在组合地评 估电容式传感器和压电传感器的传感器输出信号后手作用的更好检 测。然而，压电传感器仅在操作力改变时输出可评估信号。当手指被 施加到操作点(压力急剧增加)时就是这样的情形。然而，如果手指 然后保持停留在操作点上，则压力不可预测地改变(例如，压力的减 少或压力的波动增加和减小)，从而信号评估不能可靠地检测到手指 撤回。操作者身体部位(手指)的施加或撤回仅能借助于电容性传感 器的输出信号被检测。该输出信号被监视，且只要确定电容已经降到 阈值以下，就认为操作者身体部位(手指)已经撤回，并且然后在可 能的情况下，中断可移动部件的舒适功能的操作。在该情形中，应这 样选择将电容式传感器的输出信号与其相比较的阈值，即使得可以检 测操作者身体部位的接近，而与环境影响(特别是湿度和污染物)无 关。而且，应该注意，操作者身体部位(例如，手指)的接近不总是 伴随有电容增加。例如，如果操作者戴有手套(例如在冬天)，则电 容增加被显著更小。该阈值被设置得足够低，以考虑该情形。然而，对于这样的低且恒定的阈值，可能产生这样的情况，即虽 然在操作者身体部位(手指)接近的情况下确实可靠地检测电容增加， 但是在撤回操作者身体部位时却不能可靠地检测。特别是如果例如操 作者手指潮湿且可能不干净，使得在从操作点撤回手指后，残余的导电脏物和水仍然保持在那里，而残余的导电脏物和水由于耦接到把手 周围(例如，接地)而导致比操作者身体部位接近之前显著更高的电 容，则可能发生这种不识别操作者身体部位撤回的错误。可能的是， 尽管撤回操作者身体部位，但是电容并不降到预定阈值以下，从而没 有检测到撤回。发明内容本发明的目的是改善前面所提到的那种传感器设备或方法，从而 增加检测操作者身体部位撤回的可靠性。是按照本发明，通过具有权利要求1的特征的传感器设备或具有权利要求9的特征的方法实现该目的。按照本发明，前面所提到的类型的传感器设备的特征为，当来自 机械传感器的传感器输出信号指示操作者身体部位的作用开始时，评 估电路使用接近传感器几乎同时输出的用于评估接近传感器的传感 器输出信号的后续变化的传感器输出信号值，以便能够更可靠地检测 操作者身体部位已经从操作点撤回。接近传感器优选是具有至少一个电极的电容式接近传感器，其中电极以这样的方式被设置，使得接近 传感器能够检测接近操作点。本发明基于以下认识，即应该根据接近传感器的被用作基准值的 传感器输出信号值来对接近传感器的传感器输出信号的改变进行评 估，其中在可以以高可靠性认为操作者操作身体部位的作用时检测该 基准值。如果机械辅助传感器检测到操作者身体部位开始作用，则可 以以最高可靠性认为操作者身体部位的作用，因为特别是对于操作者 身体部位(手指)对操作点的初始压力，机械传感器的输出信号发生 显著改变。只要机械传感器的传感器输出信号指示作用开始，即操作 者身体部位的压力，则例如在电容式接近传感器中可以认为，接近传 感器具有的电容近似对应于操作过程中可能达到的最高电容(当然， 如果操作者的身体部位在操作点上移动或更强且更大面积地按压，则 电容还可以稍微增加)。几乎与检测作用开始同时，接近传感器刚输出的传感器输出信号值被检测并然后被用于评估接近传感器的传感 器输出信号值的随后变化。在检测到操作者身体部位作用开始与几乎 同时的检测到接近传感器的传感器输出信号之间，可以存在略微的时 间滞后，而不会影响操作。然而，时间滞后不允许大于传感器设备的 预期最小操作时间。操作点可位于门把手、后挡板、手套箱、启动停止单元和/或机 动车内其他操作点上。在用于检测操作者身体部位对机动车锁定装置操作点的作用的 传感器设备或方法的一个优选实施例中，机械传感器的传感器输出信 号通过以下方式指示操作者身体部位的作用开始，即其用信号的急剧 改变指示所施加的压力的急剧增加。操作者身体部位的作用通常由所 施加的压力的急剧增加来表征。机械传感器以信号的急剧变化、例如 瞬间电压脉沖来对压力的急剧增加做出反应。在一个优选实施例中，接近传感器所输出的传感器输出信号值被 检测，并被用于评估接近传感器的传感器输出信号的后续变化，方法是(i)由接近传感器所输出的传感器信号值确定阈值，(ii)然后， 接近传感器所输出的传感器输出信号与阈值相比较，和(iii)只要传 感器的传感器输出信号降到阈值以下，就生成指示操作者身体部位撤 回的输出信号的变化。可替换地，在相反关系的情况下，检测超过阈 值。例如，通过从传感器输出信号电压值减去预定电压，而由传感器 输出信号值确定阈值。阈值的确定以及随后的比较既可以在模拟领 域、也可以在数字领域(在相应地将电压值转换为数字值之后)程序 控制地进行。所描述的优选实施例主要涉及通过力传感器支持地调节 接近传感器的响应阈值而检测操作者身体部位对机动车锁定装置操 作点的作用的传感器设备和方法。在一个优选变体中，由接近传感器的传感器输出信号值所确定的 阈值被保持预定时间，然后緩慢降低到初始值，其中该预定时间近似 对应于预期的操作者身体部位作用的最大持续时间。可替换地，可以 规定，阈值可被允许在其緩慢调节到输出值之后立即被降低，其中下降的时间常数被选择为显著高于操作者身体部位作用的最大预期持 续时间。
机械传感器优选是特别对压力变化进行响应的经济的机械传感 器，例如压电传感器或电容式力传感器。传感器不仅包括耦接到门把 手外壁的形变元件，而且包括耦接到形变元件或集成到形变元件中的 机电转换器。机械传感器还可以包括主电子系统的一部分。因此，压 电传感器可以以这样的方式被构造，即使得其无静止电流地操作，这 进一步使功率消耗最小化。
本发明有利的和/或优选的修改在从属权利要求中界定，
以下参考附图中给示出的优选实施例更详细地解释本发明，其
中
图1示出机动车外门把手的水平纵截面的示意图，其中外门把手 包含按照本发明的传感器设备；
图2示出图1所示外门把手沿截面线II-II的垂直纵截面的示意
图3示出图2中所示结构的一部分的放大示意图，包含机械传感
器以及电容式接近传感器的电极；以及
图4A到4C示出示意性信号曲线的例子，以示出传感器输出信 号和指示操作者身体部位作用的输出信号。
具体实施例
在图1中示意地示出机动车门把手的锁定装置10，其包括安装 在机动车门12 (未详细示出，仅用虛线表示其外面板13)内的支架 11、安装在支架11内的把手20、锁30和控制装置25。门把手20的 一端21可转动地安装在支架11中。所示的门把手是所谓的"拉手"， 其中枢轴支座(pivot mounting)具有基本垂直的轴14。与枢轴承相 对的门把手22的端部22具有穿过外门面板13中开口 15并进入支架11中的延伸，并具有啮合位于门中的锁30的机械接收元件31后面的 钩状端。锁通常将门12保持为闭合位置。锁30可位于锁定位置和解 锁位置。如果门把手20在箭头23的方向上转动，则锁定元件31被 钩状端在箭头33的方向上勾住。如果锁处于解锁位置，则锁30释放 门，且门可被打开。如果锁30处于锁定位置，则该操作无效；锁定 元件31在空转中被勾住，而门不被释放。在紧急情况下，可通过机械装置、例如通过锁筒(lock cylinder ) 将锁从锁定位置移动到解锁位置。图l中没有详细示出其；仅示出了 支架11中和外门面板13中的另一开口 16，锁筒可被置入该开口 16 中。锁30通常通过机电致动器被移出锁定位置进入解锁位置，或相 反。锁侧上致动器的连接32经馈电线26被连接到控制装置。控制装 置25根据各输入信号操作机动车锁30的致动器。除了其他方面，容 纳在门把手20内的传感器(电容式接近传感器45和40以及机械传 感器50)经同样容纳在门把手20内的评估电路将控制信号经由线路 18、 19提供至控制装置。第一电容式传感器45包括容纳在门把手20 内壁上的电极46和评估电路42的相应部件。第二电容式传感器包括 电极41和评估电路42的相应部件，其中电极41被设置在与枢轴支 座14间隔开的端部上的门把手20的上表面上。具有电极46的第一 电容式传感器45用来启动解锁操作，而具有电极41的第二电容式传 感器40用来启动锁30的锁定操作。经由线路18、 19，评估电路42 供应指示操作者身体部位分别对电极46或41的接近或作用的输出信 号至控制装置25。电极46和电极41二者在它们周围形成电场。操作 者手的接近导致电场的变化(除了其他方面，通过改变介电常数，但 特别是通过与手接近相关联的地电势传递，这是由于操作者与地的耦 接)。评估电路42检测与电场分布变化相关联的电容增加。在该情 形中，对应于电极46的第一电容式传感器被更灵敏地设置，且在手 还远离门把手(例如仅插入到门把手后面的空间中)时已经检测到接 近。该第一电容式传感器45被连续启动，使得当在控制装置25和操 作者随身携带的所谓的ID发射器(钥匙)之间检测到手的接近时，启动无线电诊断，从而导致检查ID发射器的进入权限。如果确定附 近的ID发射器有权进入，则锁30被解锁，从而拉动门把手20实现 锁30打开。因此，第一电容式传感器45被称为"打开传感器"。打开 传感器不是本发明的主题。仅需要在门锁30被解锁时才被操作的第二电容式传感器40的灵 敏度比第一电容式传感器小，并且因此仅对对应于操作者身体部位 (作用)非常小距离的电容变化进行响应。当检测到操作者身体部位 的作用时，电容式传感器40启动锁定操作，并因此被称为"关闭传感 器"。按照本发明，关闭传感器不仅包括电容式传感器40，而且包括 额外的机械辅助传感器50。在图l所示的实施例中，机械辅助传感器 50是压电传感器，其对轻微机械压力做出反应。压电传感器50的输 出信号也由评估电路42评估。电容式主传感器40和机械辅助传感器 50都被设置在同一操作点28处。这以放大的方式在图3中示出。当 手指27接近操作点28时，由于电容性远程作用，电容式接近传感器 40能够首先做出反应。如果手指27在操作点28处按压门把手的弹性 壁，则壁28上的凸耳(lug) 29被移入门把手的内部，并对包含压电 元件的机械传感器50的压电元件或形变元件51作用。压电元件的电 输出信号经线路52被提供给评估电路42。也经由线路48连接到评估 电路42的电容式接近传感器的电极41位于机械传感器50下方。图4A到4C示出按照本发明的对电容式接近传感器40和机械传 感器50的输出信号的评估。图4A示出在传感器i殳备操作过程中电容 式接近传感器的输出信号1与机械辅助传感器的输出信号2的时序 图。在间隔A中，操作者身体部位、例如操作者的拇指接近操作点 28。这导致电容增加，并因此产生接近传感器的输出信号1。传感器 输出信号2保持不变。只要操作者手指在间隔B中作用于操作点28 并施加压力，机械传感器就发出输出脉冲。在间隔C中，手指保持在 操作点28上而压力没有明显变化。在间隔D中，手指从操作点28移 去。在手指作用时，电容式传感器的传感器输出信号l保持为相对高的值，并在手指移去时降低。为了检测手指的作用，电容式传感器的输出信号1与阈值3比较。在已知结构中，阈值3是常数(虚线)。 因此，在间隔A中，超过阈值3的传感器输出信号1被评估为操作者 身体部位接近。在间隔D中移去手指之后，传感器输出信号l再次下 降，(在正常情形中，沿线lb下降)，其中再次下降到阈值3以下， 这使得能够检测手指的移去。然而可能发生这样的情形，即在移去手 指期间，传感器输出信号1降低得较不明显，并生成沿图4A中所示 线la的曲线。电容式传感器的传感器输出信号(电容)确实降低， 但不再在阈值3以下。其原因可能是由操作所引起的与湿气相关的污 染。在传统结构中，电容式传感器的传感器输出信号1的评估不能确 定手指移去。而且，包括机械辅助传感器的额外输出信号2也不能确 定移去手指。使用本发明。如果在间隔B中，基于机械传感器输出信号检测 与作用相关的手指按压，然后使用此时所检测的电容式传感器的输出 信号1的值5，以便由其确定新阈值4。阈值在间隔B中沿虚线4从 输出线3升高。随着操作进一步进行(间隔C和D)，然后电容式传 感器的传感器输出信号1与阈值4比较。这也允许即使输出信号由于 污染/湿气而沿线la变化，也能可靠地检测手指移去。而且，由于污 染而更高的传感器输出信号1A位于(升高的)阈值4之下。图4B和4C对于现有技术中已知的结构(图4B )和按照本发明 的结构(图4C)示出了从传感器信号所确定的电容式接近传感器的 二进制评估信号(6a， 6b )和机械辅助传感器的二进制评估信号(7a， 7b)、以及指示操作者身体部位作用的输出信号(8a, 8b)。在按照 图4B的现有技术中，当传感器输出信号l超过阈值(3)时，电容式 接近传感器的评估信号6a指示手指作用。仅对于图4A中虚线所示的 信号曲线lb的情形检测到撤回。如果在出现信号6a后还短暂地出现 机械传感器的输出信号7a，则信号8a指示手指的作用。然后，输出 信号8a保持在高电平，直到电容式传感器的输出信号6a再次降到阈 值3以下，虽然这在撤回手指后仅在情形lb中可以被检测到。图4C示出按照本发明的过程中的相应信号曲线。这里，在电容 式传感器和机械传感器已经生成相应输出信号后才产生指示手指作 用的信号8b。然后，电容式传感器的传感器输出信号l与适应的阈值 4比较，使得当手指撤回时，在产生图4A中所示的信号曲线la时， 输出信号6d也再次降到0。因此，输出信号8d精确地指示手指的撤 回。
权利要求
1.一种用于检测操作者身体部位(27)对机动车锁定装置(10)的操作点(28)的作用的传感器设备，具有接近传感器(40)，其中所述传感器(40)被这样设置，即使得接近传感器(40)可检测操作者身体部位(27)对操作点(28)的接近，具有机械传感器(50)，其中所述机械传感器(50)被设置在操作点(28)上，并可检测操作者身体部位(27)施加在操作点(28)上的压力的变化，还具有评估电路(42)，所述评估电路(42)能够根据来自接近传感器(40)和机械传感器(50)的传感器输出信号(1，2)，生成指示操作者身体部位的作用的输出信号(8)，其特征在于，当来自机械传感器(50)的传感器输出信号(2)指示操作者身体部位(27)开始作用时，评估电路(42)使用接近传感器(40)几乎同时输出的用于评估接近传感器(40)的传感器输出信号(1)的后续变化的传感器输出信号值(5)，以便能够更可靠地检测操作者身体部位(27)已经从操作点(28)撤回。
2. 如权利要求l所述的传感器设备，其特征在于，接近传感器 是具有至少一个电极(41)的电容式接近传感器(40)，其中所述电 极以电容式接近传感器(40)能够检测对操作点(28)的接近的方式 被设置。
3. 如权利要求1或2所述的传感器设备，其特征在于，来自机 械传感器的传感器输出信号(2)通过以下方式指示操作者的身体部 位(27)开始作用，即其用信号的急剧变化指示所施加的压力的急剧增加o
4. 如权利要求1到3中任一条所述的传感器设备，其特征在于， 评估电路(42)通过以下方式使用接近传感器所输出的用于评估传感器输出信号(1)的后续变化的传感器输出信号值(5),即根据接 近传感器同时输出的传感器输出信号值(5)确定阈值(4)，然后比 较来自电容式接近传感器的传感器输出信号(1)与所述阈值(4), 并在来自接近传感器(40)的传感器输出信号(la)降到低于所述阈 值(4)时生成指示操作者身体部位(27)撤回的输出信号(8)的变 化，。
5. 如权利要求4所述的传感器设备，其特征在于，评估电路(42 ) 保持所述阈值(4) 一预定时间，然后緩慢地降低所述阈值至初始值(3)，其中所述预定时间近似对应于操作者身体部位(27)作用的 最大预期持续时间。
6. 如权利要求1到5中任一条所述的传感器设备，其特征在于， 所述机械传感器(50)是压电传感器或电容式力传感器。
7. 如权利要求1到6中任一条所述的传感器设备,其特征在于， 所述操作点(28)位于机动车门把手(20)上。
8. 如权利要求7所述的传感器设备，其特征在于，所述机械传 感器(50)被设置在电容式接近传感器的电极(41)与机动车门把手(20)的弹性外壁(28)之间。
9. 如权利要求7所述的传感器设备，其特征在于，所述机械传 感器被设置在电容式接近传感器的电极下方，其中所述电极与位于其 上的机动车门把手的外壁被构造为允许压力传递到机械传感器。
10. —种检测操作者身体部位对机动车锁定装置的操作点的 作用的方法，其中接近传感器检测操作者身体部位对操作点的接近， 设置在操作点上的机械传感器检测操作者身体部位施加在操作 点上的压力的变化，和评估电路根据来自接近传感器和机械传感器的传感器输出信号 (1， 2)，生成指示操作者身体部位的作用的输出信号(8)， 其特征在于，当评估电路基于来自机械传感器的传感器输出信号(2)检测到操作者身体部位开始作用时，接近传感器几乎同时输出的传感器输出信号值(5)被检测并被用于评估接近传感器的传感器输出信号(1) 的后续变化，以便能够更可靠地检测操作者身体部位已经从操作点撤 回。
11. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，由来自机械传 感器的传感器输出信号(2)指示操作者身体部位开始作用，方法是 信号的急剧变化指示所施加的力的急剧增加。
12. 如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，接近传感 器同时输出的传感器输出信号值(5)被评估电路检测，并被用于评 估来自接近传感器的传感器输出信号(1)的后续变化，方法是根据接近传感器同时输出的传感器输出信号值(5)确定阈值U)， 然后，将来自接近传感器的传感器输出信号(1)与所述阈值(4) 比较，以及来自接近传感器的传感器输出信号(1 )一降到低于所述阈值(4 ), 就生成指示操作者身体部位的撤回的输出信号(8)的变化。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述阈值(4)被 保持一预定时间，然后緩慢降低到初始值(3),其中所述预定时间 近似对应于操作者身体部位作用的最大预期持续时间。
全文摘要
在检测操作者身体部位对机动车锁定装置的操作点的作用的方法中，首先利用接近传感器检测操作者身体部位对操作点的接近，利用设置在操作点上的机械传感器检测操作者身体部位施加在操作点上的压力的变化。评估电路根据来自接近传感器和机械传感器的传感器输出信号(1，2)生成指示操作者身体部位的作用的输出信号。根据本发明，当评估电路基于来自机械传感器的传感器输出信号(2)检测到操作者身体部位开始作用(B)时，接近传感器几乎同时输出的传感器输出信号值(5)被检测并被用于评估传感器输出信号(1)的后续变化，以便能够更可靠地检测操作者身体部位已经从操作点撤回。本发明还涉及一种相关传感器设备。
文档编号G07C9/00GK101233287SQ200680027336
公开日2008年7月30日 申请日期2006年7月21日 优先权日2005年7月26日
发明者赫尔穆特·舒马赫, 马丁·维特 申请人:赫夫·赫尔斯贝克和福斯特有限及两合公司