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Die
Erfindung betrifft eine berührungslose optische
Sensorik zum Öffnen
eines Kraftfahrzeugs mit einem Sensor in einem Türgriff, welcher Sendeelemente
und ein Empfangselement aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
ein Ent- und Verriegelungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer
solchen Sensorik sowie ein Verfahren zum Entriegeln einer Kraftfahrzeugtür.
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Es
sind funkfernbedienbare Zentraiverriegelungssysteme bekannt, bei
denen zur Ver- bzw. Entriegelung die aktive Betätigung einer Drucktaste auf einem
Funkschlüssel
notwendig ist. Dabei werden im Rahmen einer unidirektionalen Kommunikation
vom Funkschlüssel
per Funk Authentifikationssignale an das Fahrzeug gesendet.
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Aus
der
DE 196 17 038
C2 ist es bekannt, in die Handhabe eines Türgriffes
eines Kraftfahrzeugs einen Sensor einzubauen. Bei dem Sensor handelt es
sich um einen kapazitiven Sensor, der so angeordnet ist, dass er
das Eindringen einer Hand zwischen die Handhabe und die Tür in der
Griffmulde detektiert. Hierzu ist der kapazitive Sensor an der Innenseite
der Handhabe angeordnet und auf das Türblech ausgerichtet. Nachdem
das Einbringen einer Hand in die Griffmulde detektiert wird, aktiviert
der kapazitive Sensor eine Steuereinheit, die ein Signal aussendet. Dieses
Signal wird von einem Funkschlüssel
im Besitz des Fahrers beantwortet, indem der Funkschlüssel Authentifizierungssignale
zurück
an das Kraftfahrzeug sendet. Im Erfolgsfall wird die Kraftfahrzeugtür entriegelt
und der Fahrer kann dann, ohne den Schlüssel in ein Schloss stecken
zu müssen,
die Kraftfahrzeugtüre öffnen. Nachteilig
an der bekannten Vorrichtung ist jedoch, dass der kapazitive Näherungssensor
den Entriegelungswunsch des Fahrers bei der Annäherung sehr spät zuverlässig erkennt, nämlich dann,
wenn die Hand bereits weit in die Griffmulde unterhalb des Türgriffes
eingreift. Daraus ergibt sich das Problem, dass durch die anschließende Authentifizierung
noch eine gewisse Zeit vergeht und der Fahrer entweder in die Hand
innerhalb der Griffmulde für
einige Momente untätig
halten muss oder ein zweites Mal die Handhabe der Tür betätigen muss,
da die Entriegelung erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung eintritt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Sensorik und ein Verfahren zum Entriegeln
einer Kraftfahrzeugtür
zur Verfügung
zu stellen, durch die eine schnellere Entriegelung der Kraftfahrzeugtür beim Annähern der
Hand des Fahrers an den Türgriff
erfolgt.
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Die
Aufgabe wird durch eine berührungslose Sensorik
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, ein Ent- und Verriegelungssystem
mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 sowie ein Verfahren zum
Entriegeln einer Kraftfahrzeugtür
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Sensorik
ist es möglich,
dass die Annäherung
einer Hand schon detektiert wird, bevor sie in die Griffmulde zwischen
Türgriff
und Tür
eintaucht. Damit kann die Authentifizierung zwischen einem ID-Geber
im Schlüssel
des Fahrers und dem Kraftfahrzeug schon während der Zeit erfolgen, bevor
der Fahrer mit seiner Hand die Handhabe des Türgriffes umfasst. Damit ist
es dem Fahrer möglich,
ohne Verzögerung
sofort die Handhabe des Türgriffs
zu ziehen, da bei einer positiven Authentifizierung in der verbleibenden
Zeit eine Entriegelung der Kraftfahrzeugtür erfolgt. Durch den erfindungsgemäßen Sensor
ist es möglich,
dass die Annäherung
der Hand in die Griffmulde unabhängig von
den äußeren Einflüssen, beispielsweise
der Lichteinstrahlung detektiert wird. Dies wird durch den Abgleich
des Differenzsignals zwischen der Referenzlichtquelle und der Nutzlichtquelle
im Empfangselement erreicht. Darüber
hinaus sind weitere veränderliche
Einflüsse,
wie beispielsweise Temperaturunterschiede und Alterung ebenfalls
ausgeschlossen.
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Durch
das erfindungsgemäße Ent-
und Verriegelungssystem sind dieselben Vorteile zu erzielen. Dabei
ist es nicht nötig,
den Fahrzeugschlüssel
aus der Tasche herauszunehmen, da mit einem solchen System kein
aktives Betätigen
eines Druckknopfes am Fahrzeugschlüssel, wie dies bisher der Fall
war, erfolgen muss. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Entriegeln
einer Kraftfahrzeugtür
werden die vorgenannten Vorteile ebenfalls erreicht.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Nutzlichtquelle
und die Referenzlichtquelle jeweils als eine LED, insbesondere eine Infrarot-LED,
und das Empfangselement als eine Photodiode ausgebildet ist. Dies
stellt eine sehr zuverlässige
und preiswert herzustellende Möglichkeit für den erfindungsgemäßen Sensor
dar. Durch Bauelemente, die im Infrarotbereich arbeiten, wird eine sehr
störungsfreie
Verwendung des Sensors möglich.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
an der Außenfläche der Handhabe
des Türgriffs
eine Zusatz-Sensorik angeordnet ist, die unabhängig von der Sensorik ist.
Dadurch ist es möglich,
dass neben der berührungslosen
Entriegelung durch die Zusatz-Sensorik eine berührungslose Verriegelung der
Kraftfahrzeugtür
erfolgen kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Sensorik und/oder die Zusatz-Sensorik unter einem IR-durchlässigen Medium
angeordnet sind. Dadurch kann die Sensorik sehr gut geschützt werden,
da sie nicht direkten Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Außerdem wird
dadurch nicht ein spezielles Design für die Sensorik vorgegeben,
sondern sie ist prinzipiell in fast jede Oberfläche integrierbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
im Türgriff
eine Sende-/Empfängereinheit
angeordnet ist. Dadurch wird eine sehr gute Entriegelungssicherheit
gewährleistet, da
der Fahrer, der seine Hand in die Griffmulde einführt, gleichzeitig
vor dem Türgriff
steht und sich somit der Fahrzeugschlüssel mit ID-Geber in unmittelbarer Nähe des Türgriffes
befindet. Somit müssen
für die
Authentifizierung nur geringe Sendeleistungen aufgebracht werden.
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Die
Integration der Sende-/Empfängereinheit im
Türgriff
bei gleichzeitigem Vornehmen der berührungslosen Sensorik ist problemlos
möglich,
da durch die vorgestellte Sensorik, die man auch als IR-Lichtschranke
bezeichnen kann, keine gegenseitige Störung mit der Sende-/Empfängereinheit
stattfindet, wie dies bei der Verwendung eines kapazitiven Sensors
der Fall wäre.
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Besonders
vorteilhaft ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Aktivierungssignal
niederfrequent ist, insbesodnere bei ca. 125 kHz liegt, und über eine
Ferritantenne als Sender-/Empfangseinheit ausgesendet wird. Damit
ist eine sichere Aktivierung bei nur geringem Energieverbrauch gewährleistet.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Authifizierungskommunikation
zwischen ID-Geber und Sender-/Empfängereinheit
im hochfrequenten Bereich erfolgt, insbesondere bei ca. 433 MHz. Durch
hochfrequente Kommunikation ist zum Einen ein sehr schneller Datenaustausch
gewährleistet
und zum Anderen wird ein hohes Sicherheitslevel erreicht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung werden weiter anhand der in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert.
Hierbei zeigen;
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1 schematischer
Aufbau einer erfindungsgemäßen Sensorik
mit Auswerteeinheit und Auswertesignal ohne reflektierenden Körper;
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2 eine
Vorrichtung wie in 1 dargestellt, jedoch mit reflektierendem
Körper;
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3 perspektivische
Ansicht einer Handhabe eines Türgriffes
mit eingebauter Sensorik sowie Zusatz-Sensorik;
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4 Ansicht
der Handhabe aus 3 aus Richtung der Fahrzeugtür;
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5 Seitenansicht
der Handhabe aus 3;
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6 Draufsicht
auf die Handhabe der 3 und
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7 frontale
Ansicht der Handhabe aus 3.
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In
den 1 und 2 wird schematisch das Verfahren
zur Detektion eines Gegenstandes, hier einer Hand 4, anhand
einer erfindungsgemäßen Sensorik 1 schematisch
dargestellt. Die Sensorik 1 weist ein Betriebssignal 16 auf,
welches sowohl eine Nutzlichtquelle 11 als auch eine Referenzlichtquelle 12 betreibt.
Die Nutzlichtquelle 11 wird hierbei von dem Betriebssignal 16 immer
gegenphasig zur Referenzlichtquelle 12 betrieben. Als Nutzlichtquelle 11 und
Referenzlichtquelle 12 wird jeweils eine Infrarot-LED verwendet.
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Die
Referenzlichtquelle 12 strahlt ihre Infrarot-Strahlung
als Referenzlichtsignal 12a direkt in ein Empfangselement 13 in
Form einer Photodiode. Dagegen strahlt die Nutzlichtquelle 11 ihre
Infrarot-Strahlung nicht direkt in das Empfangselement 13,
sondern über
eine Abdeckung 10 als Reflexionslichtsignal 11a.
Ein Großteil
der von der Nutzlichtquelle 11 ausgehenden Infrarot-Strahlung
geht als Detektionsstrahlung 11b durch die Abdeckung 10 hindurch,
die durchlässig
für Infrarot-Strahlung
ist.
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Das
Empfangselement 13 ist mit einer Auswerteeinheit 14 verbunden.
In der Auswerteeinheit 14 wird die von dem Empfangselement 13 empfangene
Infrarot-Strahlung so geregelt, dass unter allen Bedingungen ein
statisches Betriebssignal als Auswertesignal 15a erhalten
wird.
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In 2 wird
nun das Annähern
einer Hand 4 an die Sensorik 1 dargestellt. Das
Referenzlichtsignal 12a und das Reflexionslichtsignal 11a bleiben
dabei unverändert.
An der Hand 4 wird jedoch das Detektionssignal 11b reflektiert
und ein Teil der reflektierten Strahlung 11c dringt durch
die Abdeckung 10 in die Sensorik 1 ein und trifft
dabei das Empfangselement 13. In der Auswerteeinheit 14 wird
nun nicht mehr das Betriebssignal 15a der 1 detektiert, sondern
ein Steuersignal 15b. Somit kann klar festgestellt werden,
ob sich ein Gegenstand, insbesondere eine Hand 4, in den
Detektionsbereich 17 (siehe 3 bis 7)
der Sensorik 1 bewegt.
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Zur
Durchführung
eines erfindungsgemäßen Entriegelungsverfahrens
für eine
Kraftfahrzeugtüre wird
sobald ein Steuersignal 15b vorliegt eine Sende-/Empfangseinheit
aktiviert, die bei einer niedrigen Frequenz, insbesondere bei ca.
125 kHz, über
eine Ferritantenne (nicht gezeigt) ein Signal aussendet. Durch dieses
Signal wird ein ID-Geber aktiviert, der vom Fahrer mit sich geführt wird – beispielsweise eine
Sende- und Empfangseinheit in einem elektronischen Schlüssel. Dieser
ID-Geber (nicht gezeigt) sendet dann ein Authentifikationssignal
an das Kraftfahrzeug. Wenn der ID-Geber zu dem Kraftfahrzeug gehört, die
Authentifikationskommunikation somit erfolgreich abgeschlossen wurde,
wird die Kraftfahrzeugtür
entriegelt. Die Authentifikationskommunikation findet in einem hochfrequenten
Bereich, insbesondere bei 433 MHz statt, da hierbei eine hohe Sicherheit
gewährleistet
ist und außerdem
ein schneller Datenaustausch erfolgen kann. Ein schneller Datenaustausch
führt dazu,
dass die Zeit von der Erfassung der Hand 4, die sich der
Sensorik 1 nähert,
bis zur Entriegelung der Kraftfahrzeugtür sehr kurz ausfällt.
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In
den 3 bis 7 ist eine Handhabe 20 eines
Türgriffes 2 eines
Kraftfahrzeugs gezeigt, in die eine erfindungsgemäße Sensorik 1 sowie
eine Zusatz-Sensorik 3 eingebaut sind. In den 4 bis 7 wird
insbesondere der Detektionsbereich 17 der Sensorik 1 sowie
der Detektionsbereich 30 der Zusatz-Sensorik 3 in
seiner räumlichen
Ausdehnung dargestellt.
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In 3 ist
gut zu erkennen, dass die Sensorik 1 an der Innenfläche 21 der
Handhabe 20 angeordnet ist. Sie ist auf die (nicht gezeigte)
Kraftfahrzeugtür
innerhalb der Griffmulde ausgerichtet. Die Sensorik 1 ist
unterhalb der Abdeckung 10 geschützt angeordnet. Somit befindet
sie sich in einem abgeschlossenen Raum, der zerstörungsunanfällig ist
und auch sehr gut gegen Vandalismus geschützt ist.
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Dagegen
ist an der Außenfläche 22 der Handhabe 20 eine
Zusatz-Sensorik 3 angeordnet. Auch diese ist unter einer
Abdeckung 31 angeordnet und lässt sich somit sehr schön designerisch
in die Handhabe 20 integrieren. Sie kann dabei hinsichtlich der
Farbe auf den Rest der Handhabe 20 abgestellt werden. Beispielsweise
kann die Abdeckung 31 schwarz ausgeführt sein, wenn der Rest der
Handhabe 20 auch in Schwarz gehalten ist. Die Zusatz-Sensorik 3 ist
somit nahezu nicht zu erkennen. Die einzige Bedingung, die an die
Abdeckung der Zusatz-Sensorik 3 – genau wie an die Abdeckung 10 der
Sensorik 1 – zu
stellen ist, ist, dass sie für
die verwendete Infrarot-Strahlung durchlässig ist. Der Sensor der Zusatz-Sensorik 3 ist
gleich aufgebaut wie der oben in den 1 und 2 beschriebene
Sensor der Sensorik 1. Diese Zusatz-Sensorik 3 dient
jedoch anders als die Sensorik 1 nicht zum Entriegeln der
Fahrzeugtür,
sonder zum Verriegeln der Fahrzeugtür. Je nach verwendeter Soft-
und Hardware in Verbindung mit einer Auswerteeinheit kann eine Verriegelung
bei einem Antippen der Abdeckung 31 erfolgen, bei einem
Verweilen nach einer gewissen Zeit oder auch nur bei einem Wischen über die
Abdeckung 31.
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Der
Detektionsbereich 17 der Sensorik 1 erstreckt
sich über
den gesamten Bereich der Griffmulde zwischen der Handhabe 20 des
Türgriffes 2 und dem
Türblech.
Regelmäßig ist
dies in Längsrichtung der
Handhabe 20 eine Länge
L von 10 bis 17 cm. Dies hängt
jedoch stark von der Ausgestaltung der Handhabe 20 ab.
Der Detektionsbereich 17 der Sensorik 1 erstreckt
sich jedoch noch Einiges über
die Griffmulde in seitlicher Richtung hinaus, d.h. regelmäßig nach
oben und unten. Der Detektionsbereich 17 weist dabei in
seiner Draufsicht (s. 4) eine Näherungsweise elliptischer Form
auf. In seiner Breite B reicht der Detektionsbereich 17 ca.
5 cm sowohl nach oben als auch nach unten. Dies hat den enormen
Vorteil, dass die Hand 4 eines Fahrers schon in einem Abstand
von 5 cm zum Türgriff 2 detektiert wird.
Im Anschluss daran bleibt für
die Elektronik und die Sende- und Empfangseinheit genügend Zeit,
um den ID-Geber beim Fahrer zu aktivieren und die Authentifikationskommunikation
durchzuführen
sowie bei positivem Ergebnis auch noch die Tür zu entriegeln bevor der Fahrer
tatsächlich
in einer flüssigen Bewegung
die Handhabe 20 ziehen kann. Somit sind keinerlei Wartezeiten
zwischen dem Greifen der Handhabe 20 durch den Fahrer und
einer Entriegelung der Fahrzeugtür
mehr nötig,
wie dies bislang im Stand der Technik bei kapazitiven Sensoren der
Fall war.
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Dagegen
ist der Detektionsbereich 30 der Zusatz-Sensorik 3 kleiner
ausgebildet. Er weist im Durchmesser ca. 1 cm auf und in der Höhe H 0,5
cm. Der Detektionsbereich 30 der Zusatz-Sensorik 3 muss
nicht so groß gewählt werden,
da anders als beim Öffnen
der Tür
keine Wartezeit für
den Fahrer entsteht, sondern er muss lediglich – je nach Software-Vorgabe – die Zusatz-Sensorik 3 berühren, darüber wischen
oder eine vorgegebene Zeit seinen Finger darauf verweilen lassen.
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Es
versteht sich von selbst, dass die vorgenannten Maße lediglich
exemplarisch sind und sowohl für
die Sensorik 1 als auch die Zusatz-Sonsoriken 3 anderer
Längen,
Höhen,
Breiten und Durchmesser gewählt
werden können.
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Es
bleibt festzuhalten, dass die genaue Geometrie sowohl der Sensorik 1 als
auch der Zusatz-Sensorik 3 im Rahmen der oben beschriebenen Vorgaben
frei gewählt
werden kann. Da die Handhabe 20 aus dem Stand der Technik
wohl bekannt ist und auch nicht wesentlich für die Erfindung ist, wurde auf
eine genauere und explizite Beschreibung der einzelnen Teile der
Handhabe 20 verzichtet. Vielmehr wurden oben nur die in
Zusammenhang mit der Erfindung interessanten Aspekte der Handhabe 20 ausgeführt.
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Darüber hinaus
bleibt noch festzuhalten, dass selbstreinigende oder schmutzabweisende Werkstoffoberflächen der
Abdeckung 10 das Messverfahren verbessern.
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Zusammenfassend
kann gesagt werden, dass durch die erfindungsgemäße Sensorik und das dazugehörige Verfahren
eine sehr komfortabel Möglichkeit
gefunden wurde, eine Kraftfahrzeugtür berührungslos zu entriegeln, ohne
dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs seine Bewegung und sein Ziehen
an der Handhabe des Türgriffes 2 unnatürlich unterbrechen
oder verlangsamen muss. Vielmehr ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Öffnung
einer Kraftfahrzeugtür
durch den Fahrer in einem Zug zu erlangen, ohne dass dieser einen
Schlüssel
aktiv in der Hand halten muss und eventuelle einen Knopf betätigen müsste. Durch
die Erfindung wird das gesamte Verfahren voll automatisch durchgeführt.
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- 1
- Sensorik
- 2
- Türgriff
- 3
- Zusatz-Sensorik
- 4
- Hand
- 10
- Abdeckung
- 11
- Nutzlichtquelle
- 11a
- Reflexionslichtsignal
- 11b
- Detektionssignal
- 11c
- Reflektierte
Strahlung
- 12
- Referenzlichtquelle
- 12a
- Referenzlichtsignal
- 13
- Empfangselement
- 14
- Auswerteeinheit
- 15a
- Auswertesignal
- 15b
- Steuersignal
- 16
- Betriebssignal
- 17
- Detektionsbereich
- 20
- Handhabe
- 21
- Innenfläche
- 22
- Außenfläche
- 30
- Detektionsbereich
- 31
- Abdeckung
- B
- Breite
- H
- Höhe
- L
- Länge