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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.
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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 Fahrzeugteil bzw. Verstellelement auch eine Seitentür, eine Kofferraum- oder Motorraumklappe, ein Schiebedach oder ein Klappverdeck sein. Kollisionsschutzvorrichtungen werden dabei insbesondere dann eingesetzt, wenn das jeweils zugeordnete Kraftfahrzeugteil motorisch bewegt ist.
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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 in der Schließstellung des Verstellelements an dieser anliegenden korrespondierenden Kante des Rahmens angeordnet ist.
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Beim Schließen von Verstellelementen eines Fahrzeugs, insbesondere einer Heckklappe, besteht generell die Gefahr, dass Körperteile oder sonstige Gegenstände des Verstellelements 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- und/oder Sachschadens, indem die Kollisionsschutzvorrichtung Hindernisse im Öffnungsbereich erkennt und in diesem Fall die Schließbewegung stoppt oder reversiert.
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Eine solche 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.
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Es wird hierbei zwischen indirekten und direkten Kollisionsschutzvorrichtungen unterschieden. Eine indirekte Kollisionsschutzvorrichtung erkennt den Einklemmfall anhand einer Überwachung einer Betriebsgröße des das Verstellelement antreibenden Stellmotors, insbesondere an einem abnormalen Anstieg des Motorstroms oder einer abnormalen Abnahme der Motordrehzahl. Eine direkte Kollisionsschutzvorrichtung umfasst 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 Sensoren.
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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.
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In einer üblichen Bauform eines solchen kapazitiven Sensors umfasst die Elektrodenanordnung dieses Sensors mindestens eine Sendeelektrode, die mit einem Signalerzeuger verschaltet ist, sowie eine Empfangselektrode, die mit einem Empfangsschaltkreis verbunden ist. Ein solcher Sensor misst die zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode gebildete Kapazität oder eine damit korrelierende Messgröße.
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Eine zur Überwachung des Öffnungsbereichs einer Heckklappe vorgesehene Kollisionsschutzvorrichtung bzw. Einklemmschutzvorrichtung mit einem solchen Sensor ist aus
DE 20 2007 008 440 U1 bekannt.
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In einer alternativen Bauform eines kapazitiven Sensors umfasst die Elektrodenanordnung nur eine Sensorelektrode oder eine Mehrzahl von gleichartigen (nicht nach Sende- oder Empfangselektroden differenzierbare) Sensorelektroden. Mittels eines solchen Sensors, wie er beispielsweise aus
US 2004/0226800 A1 bekannt ist, wird die Kapazität der Sensorelektrode gegenüber Masse bestimmt. Bei diesem Sensor sind ein Frequenzgenerator und ein Auswerteschaltkreis in Reihe zu der Sensorelektrode geschaltet. Bei dem Frequenzgenerator kann hierbei die Amplitude, Phase und Frequenz des ausgegebenen Signals geändert werden.
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In einer wiederum alternativen Bauform eines kapazitiven Sensors ist die Elektrodenanordnung nicht in Reihe zu einem Frequenzgenerator geschaltet, sondern bildet einen Teil einer Frequenzerzeugungsschaltung, beispielsweise indem ein durch zwei Sensorelektroden oder durch eine Sensorelektrode gegen Masse gebildeter Messkondensator einem Oszillator parallelgeschaltet ist. Bei solchen Sensoren, wie sie beispielsweise aus
DE 103 05 342 A1 und
DE 10 2006 001 666 A1 bekannt sind, hängt die Frequenz des von dem Frequenzgenerator erzeugten Messignals von der Kapazität des Messkondensators ab, wobei diese Kapazität wiederum durch die Annäherung eines Körperteils beeinflusst wird.
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Als Sendesignal wird hierbei meist ein elektrisches Wechselsignal herangezogen, das mit einer vorgegebenen Sendefrequenz oszilliert. Als Signalerzeuger wird in diesem Fall in der Regel ein elektronischer Schwingkreis eingesetzt.
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Aus
DE 10 2007 058 707 A1 ist ein kapazitiver Sensor zur Detektion der Anwesenheit von Personen oder Objekten in einem zu überwachenden Raumbereich bekannt. Der Sensor umfasst in bestimmten Ausführungsformen eine Elektrodenanordnung mit mindestens einer Sendeelektrode und mindestens einer Empfangselektrode. Die mindestens eine Sendeelektrode wird hierbei mit einem Frequenzspreizsignal beaufschlagt, das auf einer Spreizsequenz und einem periodischen Signal mit einer Signalfrequenz basiert. Das periodische Signal wird in einer Ausführungsform von einem stimmbaren Oszillator erzeugt, so dass die Signalfrequenz zwischen 20 und 30 MHz variierbar ist.
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Aus
DE 20 2009 004 327 U1 ist eine Sensoreinrichtung mit einem kapazitiven Einklemmsensor bekannt. Der Einklemmsensor umfasst eine Elektrodenanordnung mit einer Sendeelektrode und einer Empfangselektrode. Die Sendeelektrode wird hierbei, beispielsweise von einem durchstimmbaren Oszillator, mit einem Sendesignal beaufschlagt, das zwischen mehreren unterschiedlichen Frequenzen in einem Frequenzbereich von 2 MHz bis 2,6 MHz umgeschaltet werden kann.
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Bei einer Kollisionsschutzvorrichtung mit einem solchen kapazitiven Sensor kann es zu Detektionsfehlern kommen, wenn die Sendefrequenz gestört ist, d. h. wenn die Empfangselektrode mit einem externen elektrischen Wechselfeld beaufschlagt wird, dessen Frequenz gleich oder ähnlich zu der Sendefrequenz des Sensors ist. Ein solcher Detektionsfehler kann einerseits darin resultieren, dass die Kollisionsschutzvorrichtung fälschlicherweise einen Einklemmfall detektiert und die Bewegung des Verstellelements – objektiv grundlos – stoppt oder reversiert. Ein solcher Detektionsfehler kann andererseits aber auch darin resultieren, dass ein tatsächlich vorliegender Einklemmfall durch die Kollisionsschutzvorrichtung nicht erkannt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen störunanfälligen kapazitiven Sensor zur Detektion eines Objekts sowie eine zugehörige Kollisionsschutzvorrichtung, insbesondere zur Detektion und Vermeidung eines Einklemmfalls oder einer sonstigen Kollision eines beweglichen Fahrzeugteils mit einem Objekt anzugeben.
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Bezüglich des kapazitiven Sensors wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der Kollisionsschutzvorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Der erfindungsgemäße Sensor umfasst danach eine Elektrodenanordnung, die mindestens eine Sendeelektrode und mindestens eine Empfangselektrode umfasst. Der Sensor umfasst des Weiteren einen der mindestens einen Sendeelektrode vorgeschalteten Frequenzgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer vorgegebenen Sendefrequenz. Erfindungsgemäß ist der Frequenzgenerator hierbei stimmbar, so dass die Sendefrequenz des Sendesignals variabel vorgebbar ist.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass es für die Verbesserung der Störunanfälligkeit vorteilhaft ist, einen kapazitiven Sensor derart auszubilden, dass er das von ihm erzeugte Sendesignal mit unterschiedlichen Sendefrequenzen erzeugen kann. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass elektrische Störfelder häufig nur einen vergleichsweise engen Frequenzbereich betreffen. Eine veränderbare Sendefrequenz ermöglicht somit, Störsignale von einem echten Einklemmfall zu unterscheiden und den gestörten Sendefrequenzen ggf. ausweichen zu können. Beispielsweise kann der Sensor im Rahmen der Erfindung derart ausgebildet sein, dass er nacheinander auf wechselnden Frequenzen sendet, wobei ein verdächtiges Antwortsignal durch eine dem Sensor zugeordnete Kollisionsschutzvorrichtung nur dann als Einklemmfall oder Kollisionsfall anerkannt wird, wenn es in allen Sendefrequenzen auftaucht. Alternativ kann der Sensor durch die Kollisionsschutzvorrichtung auch derart angesteuert sein, dass er auf eine andere Sendefrequenz umschaltet, wenn die Kollisionsschutzvorrichtung im Zuge einer Signalanalyse einen Verdacht auf eine Signalstörung bei der bisherigen Sendefrequenz erkennt. Die Kollisionsschutzvorrichtung umfasst erfindungsgemäß einen kapazitiven Sensor der vorstehend beschriebenen Art.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
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1 in schematischer Darstellung das Heck eines Kraftfahrzeugs mit einer sich in einer Schließstellung befindenden Heckklappe,
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2 in Darstellung gemäß 1 das Fahrzeugheck, wobei die Heckklappe in unterschiedlichen Öffnungsstellungen dargestellt ist,
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3 in einem schematischen Blockschaltbild eine Stellvorrichtung zur motorischen Verstellung der Heckklappe mit einer zugeordneten Kollisionsschutzvorrichtung (hier in der Anwendung als Einklemmschutzvorrichtung), die einen kapazitiven Sensor umfasst,
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4 in einem schematischen Blockschaltbild den Aufbau des Sensors gemäß 3, und
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5 in einem schematischen Blockschaltbild einen Frequenzgenerator des Sensors gemäß 4.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung das Heck eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer schwenkbaren Heckklappe 2.
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Die Heckklappe 2 ist im Bereich einer Oberkante 3 an einer Karosserie 4 des Kraftfahrzeugs 1 angelenkt. Die Oberkante 3 definiert hierbei eine Schwenkachse A, um welche die Heckklappe 2 aus einer in 1 dargestellten Schließstellung 5 reversibel in eine in 2 gestrichelt angedeutete Öffnungsstellung 6 schwenkbar ist. 2 zeigt weiterhin eine Zwischenstellung 7, in welcher die Heckklappe 2 teilweise geöffnet ist.
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Entlang des Schwenkweges zwischen der Schließstellung 5 und der Öffnungsstellung 6 durchstreift die Heckklappe 2 hierbei ein als Öffnungsbereich 8 bezeichnetes Raumvolumen, das in der Projektion gemäß 2 etwa die Fläche eines (gestrichelt angedeuteten) Viertelkreises einnimmt.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Heckklappe 2 durch eine in 3 schematisch skizzierte Stellvorrichtung 10 motorisch zwischen der Schließstellung 5 und der Öffnungsstellung 6 verstellbar.
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Die in 3 nur grob skizzierte Stellvorrichtung 10 umfasst einen elektrischen Antrieb 11, der über eine Stellmechanik 12 mit der Heckklappe 2 gekoppelt ist. Teil der Stellmechanik 12 ist hierbei ein teleskopierbarer Hebelarm 13, der exzentrisch bezüglich der Schwenkachse A an der Karosserie 4 und der Heckklappe 2 derart angelenkt ist, dass durch Verlängerung bzw. Verkürzung des Hebelarms 13 die Heckklappe 2 zwischen der Schließstellung 5 und der Öffnungsstellung 6 geschwenkt wird.
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Der Hebelarm 13 umfasst ein Zylinderrohr 14, in dem eine Spindel 15 unter Wirkung des Antriebs 11 verschiebbar geführt ist.
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Beim Verstellen, insbesondere beim Schließen der Heckklappe 2 besteht ein gewisses Risiko, dass ein sich im Öffnungsbereich 8 befindendes Hindernis, insbesondere ein Körperteil eines Fahrzeugbenutzers, wie zum Beispiel eine Hand oder ein Finger, eingeklemmt wird. Ein diesbezüglich relevanter Gefährdungsbereich ist vorrangig zwischen einer Schließkante 16 der Heckklappe 2 und einer gegenüberliegenden Kante 17 der Karosserie 4 aufgespannt.
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Zur rechtzeitigen Erkennung und Vermeidung eines Einklemmfalls ist der Stellvorrichtung 10 daher eine Kollisionsschutzvorrichtung 20 beigeordnet, die ebenfalls grob schematisch in 3 skizziert ist. Die Kollisionsschutzvorrichtung 20 umfasst einen Sensor 21 sowie eine Auswerteeinheit 22.
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Im Betrieb der Stellvorrichtung 10, insbesondere beim Schließen der Heckklappe 2, erhebt hierbei der Sensor 21 eine Messgröße M, die einen Rückschluss auf die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Hindernisses im Öffnungsbereich 8 zulässt und führt diese Messgröße M der Auswerteeinheit 22 zu. Die Auswerteeinheit 22 erkennt durch Überprüfung der Messgröße M, ob ein Hindernis im Öffnungsbereich 8 vorhanden ist und somit ein Einklemmfall vorliegt. Gegebenenfalls sendet die Auswerteeinheit 22 ein Warnsignal W an den Antrieb 11, aufgrund dessen der Antrieb 11 den Vorschub der Stellmechanik 12 reversiert. Mit anderen Worten wird bei Erkennung eines Einklemmfalles der Schließvorgang der Heckklappe 2 abgebrochen und die Heckklappe 2 wiederum um einen vorgegebenen Stellwegabschnitt geöffnet.
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Der Sensor 21 basiert auf einer kapazitiven Messtechnik. Die Sensor 21 umfasst daher eine Elektrodenanordnung 25 (4), durch die ein elektrisches Feld im Öffnungsbereich 8 erzeugt wird. Die Messgröße M ist hierbei repräsentativ für die Kapazität der Sensoreinrichtung 21, gibt also entweder die Kapazität selbst oder eine hiermit korrelierte, insbesondere proportionale Größe, wieder. Der Sensor 21 ist im Beispiel gemäß 3 an der Kante 17 der in die Karosserie 4 eingebrachten Heckklappenöffnung angebracht. Er kann alternativ hierzu aber auch an der Schließkante 16 der Heckklappe 2 angeordnet sein. Wiederum alternativ kann jeweils ein Teil des Sensors 21 an der Schließkante 16 und der gegenüberliegenden Kante 17 angeordnet sein.
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Wie in 4 schematisch angedeutet ist, umfasst die Elektrodenanordnung 25 mindestens eine Sendeelektrode 30 sowie mindestens eine Gegenelektrode bzw. Empfangselektrode 31. Bevorzugt umfasst die Elektrodenanordnung 25 mehrere, insbesondere acht Sendeelektroden 30, die mit einer gemeinsamen Empfangselektrode 31 wechselwirken. Die Sendeelektroden 30 sind dabei insbesondere durch längliche Elektrodenstreifen gebildet, die sich in Reihe um die Kante 17 herum erstrecken, und die von der gemeinsamen Empfangselektrode 31 flankiert werden.
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Im Betrieb des Sensors 21 wird durch Applikation einer elektrischen Wechselspannung auf die Sendeelektroden 30 ein elektrisches Feld in dem Öffnungsbereich 8 erzeugt, während über die Empfangselektrode 31 die sich zwischen den Elektroden 30 und 31 ausbildende Kapazität erfasst wird.
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Im Einzelnen umfasst der Sensor 21 zusätzlich zu der Elektrodenanordnung 25 einen Frequenzgenerator 40, einen (Zeit-)Multiplexer 41, einen Ausgangsverstärker 42, einen Eingangsverstärker 43, ein Kapazitätsmessglied 44, einen Analog-Digital-Wandler (nachfolgend kurz A/D-Wandler 45) sowie eine Steuereinheit 46 in Form eines Mikrocontrollers.
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Der Frequenzgenerator 40 erzeugt ein Sendesignal ST in Form einer sinusförmigen elektrischen Wechselspannung mit einer Sendefrequenz fS. Der Frequenzgenerator 40 ist stimmbar insofern als die Sendefrequenz fS variabel, insbesondere kontinuierlich oder in kleinen Schritten einstellbar ist. Zur Einstellung der Sendefrequenz fS wird der Frequenzgenerator 40 durch die Steuereinheit 46 mittels eines Taktsignals CT und eines sogenannten Steuerworts CF angesteuert.
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Nach Maßgabe eines von der Steuereinheit 46 zugeführten Multiplexsignals CM speist der Multiplexer 41 das Sendesignal ST zeitlich alternierend in jeweils einen von acht Kanälen 47 ein, wobei jeder Kanal 47 über den Ausgangsverstärker 42 mit jeweils einer zugeordneten Sendeelektrode 30 verbunden ist. Unter Wirkung des Sendesignals ST erzeugt die jeweils angesteuerte Sendeelektrode 30 in dem umgebenden Raumbereich ein mit der Sendefrequenz fS oszillierendes elektrisches Feld. Unter Wirkung dieses elektrischen Feldes wird in der Empfangselektrode 31 eine ebenfalls mit der Sendefrequenz fS oszillierende elektrische Wechselspannung erzeugt, die nachfolgend als Empfangssignal SE bezeichnet ist.
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Das Empfangssignal SE wird – nach Verstärkung durch den Eingangsverstärker 43 – dem Kapazitätsmessglied 44 zugeleitet, das hieraus die Messgröße M zunächst in Form eines analogen Spannungssignals erzeugt. Das Kapazitätsmessglied 44 bestimmt die kapazitätsproportionale Messgröße M vorzugsweise durch Bestimmung der Amplitude des Eingangssignals SE. Alternativ kann das Kapazitätsmessglied 44 aber die Messgröße M auch nach einem anderen Kapazitätsmessverfahren bestimmen, beispielsweise mittels des sogenannten Ladungstransferverfahrens oder durch Bestimmung von Lade- bzw. Entladezeitkonstanten. Das Kapazitätsmessglied 44 kann durch die Steuereinheit 51 durch ein Steuersignal CS zurückgesetzt (reset) werden. Die von dem Kapazitätsmessglied 44 ausgegebene Messgröße M wird – nach Digitalisierung mittels des A/D-Wandlers 45 – an die Steuereinheit 46 zurückgeleitet.
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In bevorzugter Ausführung ist die Steuereinheit 46 in die Auswerteeinheit 22 der Kollisionsschutzvorrichtung 20 integriert. Insbesondere können sich der Sensor 21 und die Auswerteeinheit 22 einen gemeinsamen Mikrocontroller teilen, in dem sowohl die Steuerlogik für den Sensor 21 als auch die Algorithmen für die Erkennung des Einklemmfalls implementiert sind. Alternativ hierzu kann der Sensor 21 aber auch über eine eigene Steuereinheit 46 verfügen. In diesem Fall wird die Messgröße M von der Steuereinheit 46 an die Auswerteeinheit 22 der Kollisionsschutzvorrichtung 20 weitergeleitet.
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Der Frequenzgenerator 40 erzeugt das Sendesignal ST insbesondere nach dem Prinzip der sogenannten „direkten digitalen Synthese” (englisch: Direct Digital Synthesis, kurz: DDS). Hierzu umfasst der Frequenzgenerator 40 gemäß 5 einen sogenannten Phasenakkumulator, der aus einem Summenglied 50 und einem nachgeschalteten Phasenregister 51 gebildet ist. Der Frequenzgenerator 40 umfasst des Weiteren einen Funktionsblock 52 sowie einen Digital-Analog-Wandler (nachfolgend als D/A-Wandler 53) bezeichnet.
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Im Betrieb des Frequenzgenerators 40 wird in dem Phasenregister 51 ein digitaler Phasenwert P mit einer vorgegebenen Bit-Länge (beispielsweise 48 Bit) vorgehalten, der die jeweils aktuelle Phasenlage des zu erzeugenden Sendesignals ST angibt. Das Phasenregister 51 wird durch das Taktsignal CT angesteuert und gibt in jedem Taktzyklus den jeweils aktuellen Phasenwert P auf das vorgeschaltete Summenglied 50 zurück. In dem Summenglied 50 wird dieser bisherige Phasenwert P zur Erzeugung eines neuen Phasenwerts P mit dem Steuerwort CF summiert. Der neue Phasenwert P wird von dem Summenglied 50 an das Phasenregister 51 zurückgegeben, das den bisherigen Phasenwert P mit dem neuen Phasenwert P überschreibt. Im Zuge mehrerer Taktzyklen wird somit der in dem Phasenregister 51 vorgehaltene Phasenwert P sukzessive in durch das Steuerwort CF vorgegebenen Schritten inkrementiert.
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Bei Überlauf des Phasenregisters 51, wenn also der Phasenwert P die Bit-Länge des Phasenregisters 51 überschreitet, wird der Phasenwert P automatisch auf Null zurückgesetzt. Ein Inkrementierungszyklus des Phasenwerts P bis zum Überlauf des Phasenregisters 51 entspricht hierbei einem vollen Umlauf des Phasenzeigers von 2π.
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Der Funktionsblock 52 gibt in Abhängigkeit des zugeführten Phasenwerts P einen digitalen Amplitudenwert V aus, mit dem mittels des D/A-Wandlers 53 das analoge Sendesignal ST erzeugt wird. In dem dargestellten Anwendungsfall enthält der Funktionsblock 52 eine Sinuskarte, aufgrund der der Amplitudenwert V proportional zum Sinus des zugeführten Phasenwerts P erzeugt wird: V = V0·sin(P)
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In einer alternativen Ausführung enthält der Frequenzgenerator 40 eine sogenannte „Phasenregelschleife” (auch als „Phasengekoppelter Regelkreis” oder „Phase Locked Loop”, kurz PLL bezeichnet). Der Frequenzgenerator 40 umfasst in dieser Ausführung (in nicht näher dargestellter Weise) einen steuerbaren Oszillator, der das Sendesignal ST ausgibt. Das Sendesignal ST ist hierbei zusammen mit einem von der Steuereinheit 46 erzeugten, mit der gewünschten Sendefrequenz fS oszillierenden Führungssignal einem Phasenkomparator zugeführt. Der Phasenkomparator gibt ein Fehlersignal an einen nachgeschalteten Regler (auch: Schleifenfilter) aus, das zu der Phasendifferenz des Sendesignals ST von dem Führungssignal proportional ist. Der Regler erzeugt hierbei nach Maßgabe des Fehlersignals ein Kontrollsignal, mittels welchem die Frequenz des Sendesignals ST an die Frequenz des Führungssignals und somit die gewünschte Sendefrequenz fS angepasst wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Frequenzgenerator 40 mit der Steuereinheit 46 integriert. Insbesondere sind dabei die Funktionen des Frequenzgenerators 40 und der Steuereinheit 46 in ein und demselben Mikrocontroller implementiert. Dieser Mikrocontroller kann das Sendesignal ST im Rahmen der Erfindung als Analogsignal unmittelbar über einen Analogausgang ausgeben.
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Alternativ hierzu ist der Frequenzgenerator 40 durch den Mikrocontroller und ein diesem nachgeschaltetes Glättungsglied, insbesondere einen Tiefpass gebildet. Der Mikrocontroller gibt hierbei ein Digitalsignal mit der Sendefrequenz fS an das Glättungsglied aus, das dieses Digitalsignal zu dem zumindest annähernd sinusförmigen Sendesignal ST verschleift.
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In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Frequenzgenerator 40 vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Sendefrequenz fS um mindestens eine Dekade (d. h. um einen Faktor 10 zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert) variierbar ist. Insbesondere ist die Sendefrequenz fS dabei zwischen etwa 1 MHz und 10 MHz variierbar. Der Frequenzgenerator 40 ist weiterhin vorzugsweise dazu ausgebildet, die Sendefrequenz fS mit einer Frequenzabweichung zu erzeugen, die 0,1% des Betrags der Sendefrequenz fS unterschreitet. Als Frequenzabweichung wird hierbei der Toleranzwert bezeichnet, um den die tatsächliche Sendefrequenz fS im Mittel von ihrem eingestellten Nennwert abweicht. Als Maß für die Frequenzabweichung kann beispielsweise die Halbwertsbreite des dem Sendesignal ST zugeordneten Fourier-Peaks herangezogen werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Heckklappe
- 3
- Oberkante
- 4
- Karosserie
- 5
- Schließstellung
- 6
- Öffnungsstellung
- 7
- Zwischenstellung
- 8
- Öffnungsbereich
- 10
- Stellvorrichtung
- 11
- Antrieb
- 12
- Stellmechanik
- 13
- Hebelarm
- 14
- Zylinderrohr
- 15
- Spindel
- 16
- Schließkante
- 17
- Kante
- 20
- Kollisionsschutzvorrichtung
- 21
- Sensor
- 22
- Auswerteeinheit
- 25
- Elektrodenanordnung
- 30
- (Sende-)Elektrode
- 31
- Empfangselektrode
- 40
- Frequenzgenerator
- 41
- (Zeit-)Multiplexer
- 42
- Ausgangsverstärker
- 43
- Eingangsverstärker
- 44
- Kapazitätsmessglied
- 45
- A/D-Wandler
- 46
- Steuereinheit
- 47
- Kanal
- 50
- Summenglied
- 51
- Phasenregister
- 52
- Funktionsblock
- 53
- D/A-Wandler
- fS
- Sendefrequenz
- A
- Schwenkachse
- CF
- Steuerwort
- CM
- Multiplex-Signal
- CS
- Steuersignal
- CT
- Taktsignal
- M
- Messgröße
- P
- Phasenwert
- SE
- Empfangssignal
- ST
- Sendesignal
- V
- Amplitudenwert
- W
- Warnsignal
