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Die
Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer
Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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Vorrichtungen
zur Steuerung und insbesondere zur Überwachung des Schließvorgangs
motorisch betätigter
Teile, wie Türen,
Klappen oder Fensterscheiben von Kraftfahrzeugen, benutzen hierfür unterschiedliche
technische Prinzipien. Man unterscheidet dabei solche, die an einen
direkten körperlichen
Kontakt gebunden sind, und berührungsfrei
arbeitende Systeme.
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Aus
der
DE 42 15 744 C2 ist
eine Vorrichtung mit mindestens einem elektrischmechanischen Wandler
als Aktuator und mindestens einem mechanisch-elektrischen Wandler
als Sensor sowie einer elektronischen Auswerte- und Steuereinrichtung
bekannt, wobei der Aktuator und der Sensor auf einer gemeinsamen,
d. h. zusammenhängend verlaufenden
akustischen Übertragungsstrecke
angeordnet sind, die Bestandteil eines motorisch bewegbaren Teils,
z. B. einer Fensterscheibe oder einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs,
ist und die für
den Menschen, seine Hände
oder auch leblose Gegenstände besonders
gut zugänglich
bzw. mit diesen in Kontakt bringbar ist. Der Aktuator erzeugt in
der Übertragungsstrecke
akustische Oberflächenwellen
(Rayleigh-Wellen), von denen der Sensor mindestens eine charakteristische
Kenngröße, z. B.
die Amplitude oder Frequenz erfasst und an die Auswerte- und Steuereinrichtung
weiterleitet.
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Veränderte äußere Bedingungen
können
in Abhängigkeit
von der Scheibenführung
und Scheibenposition zu Dämpfungen
des Signals in Folge von Beschädigungen,
Verschmutzungen bzw. Vereisungen auch zu Reflexionen des Signals
führen.
In diesem Fall erfolgt eine Anpassung durch Vergrößerung und
Verringerung der Abgabeleistung und/oder der Frequenz des Aktuators.
Zur Minimierung des technischen Aufwands können Aktuator und Sensor in Funktionseinheit
einstückig
ausgeführt
sein, wobei ihre Funktionen zeitlich nacheinander ausgeführt werden.
Hierzu geeignet sind Piezokristalle.
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Aber
auch die Verwendung mehrerer Aktuatoren und Sensoren kann sinnvoll
sein. Sie ermöglicht
nämlich
die Diagnostizierung der Alterung der Übertragungsstrecke bzw. der
mit ihr in Verbindung stehenden Teile (z. B. der Führungs-
oder Dichtungsbereiche einer Fensterscheibe oder einer Klappe eines
Kraftfahrzeugs) oder auch eines kurzfristig veränderten Zustandes, z. B. durch
Eis. In einfacher Weise kann die Empfindlichkeit des Systems an
die neuen äußeren Bedingungen
angepasst werden. Sinnvollerweise geschieht dies über eine
Elektronikeinheit selbsttätig.
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Auf
dem an sich von unerwünschten
Unstetigkeitsstellen freien Übertragungsweg
kann die Anbringung einer (oder gegebenenfalls mehrerer) definierter
Unstetigkeitsstellen zur Erhöhung
der Systemempfindlichkeit erfolgen. Die Unstetigkeitsstelle verändert die
Ausbreitungscharakteristik der Oberflächenwellen in einem vorbestimmten
Maße und
dient so als Referenzpunkt auf der Übertragungsstrecke.
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Unterschiedlichste
Arten von Unstetigkeitsstellen sind anwendbar. Als sprunghafte Verbreiterung
oder Verengung des Übertragungswegs
orthogonal zur Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle verändern sie
plötzlich
den Absorptionsgrad oder das Reflexionsverhalten. Weitere Varianten
sind Ein- oder Ausknickungen, Wellen oder Kanten im Übertragungsweg.
Der Radius der Unstetigkeitsstellen liegt in der Größenordnung
der Wellenlänge
der ersten harmonischen Oberflächenwelle
und ist in der Regel viel kleiner als diese selbst.
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Wenn
der Übertragungsweg
von einer Glasfläche
gebildet wird, z. B. der umlaufenden Stirnfläche einer Fensterscheibe, eignen
sich zur Beeinflussung der Oberflächenwellen Kerben besonders
gut. Ihre Gestalt ist an die gewünschten
Effekte sehr gut anpassbar. So kann durch ihre Form und Tiefe auf das
Verhältnis
vom Reflexionsanteil zum Absorptionsanteil Einfluss genommen werden.
Auch die Erzeugung eines Diodeneffekts, bei dem die Oberflächenwelle
die Kerbe bei nur geringer Dämpfung
in die eine Richtung passieren kann, während die Oberflächenwelle
in der anderen Laufrichtung infolge einer (quasi) Totalreflexion
gehindert ist, sich jenseits der Kerbe fortzusetzen.
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Für ein richtungsindifferentes
Verhalten verwendet man symmetrische Kerbgeometrien, die annähernd die
Form eines gleichschenkligen Dreiecks besitzen. Asymmetrische Kerbgeometrien
hingegen führen
zu einem richtungsabhängig
umgekehrten Verhältnis
von Reflexion zu Absorption. Läuft
eine Oberflächenwelle
beispielsweise auf eine nur gering (im flachen spitzen Winkel zur
Ebene des Übertragungsweges)
geneigte Keilfläche,
so erfolgt in jedem Falle eine weitere Transmission der Oberflächenwelle
in ursprünglicher
Richtung. Ihre Amplitude ist natürlich
entsprechend des Dämpfungs-
und Reflexionsverhaltens der Kante vermindert.
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Trifft
die Oberflächenwelle
jedoch auf eine Keilfläche,
die steil angestellt ist und mit der Übertragungsrichtung einen Winkel
von ca. 90° oder
mehr einschließt,
so kommt es bei gleichzeitig ausreichender Kerbtiefe zur Totalreflexion.
Hingegen kann eine Oberflächenwelle
der anderen Ausbreitungsrichtung die Kerbe passieren (Diodeneffekt).
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Der
Einsatz solcher Kerben erlaubt eine Erhöhung der Empfindlichkeit des
Messsystems, wenn ein Teil des Übertragungsweges
nicht zum Überwachungsbereich
gehört,
jedoch äußere Verhältnisse seine Übertragungseigenschaften
merklich beeinflussen können.
Als Beispiel hierfür
sei der vertikal verlaufende Dichtungs- bzw. Führungsbereich einer Kfz-Fensterscheibe genannt,
dessen Absorptionseigenschaften in Abhängigkeit von der Stellung der Scheibe,
der Scheibenverspannung und vielen Umwelteinflüssen stark variieren können. Die
Möglichkeit
des Ausblendens bzw. der separaten Auswertung dieser Bereiche ist
für eine
sichere Überwachung
der frei zugänglichen
Oberkante der Scheibe oft von entscheidender Bedeutung. Durch Differenzbildung
der Signale verschiedener, durch Kerben begrenzter Bereiche wird
eine wesentliche Erhöhung der
Empfindlichkeit erreicht. Zu ihrer weiteren Erhöhung und Anpassung des Mess-
und Auswertesystems kann zwischen der oberen und unteren Anschlagsposition
unter Anwendung eines Lernprogramms ein Eichungslauf vorgesehen
sein.
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Eine
Auswertung der Dichtungs- und Führungsbereiche
kann auch zur Steuerung der Antriebsleistung verwendet werden, um
eine stets gleich bleibende Kinematik zu gewährleisten. Der Einsatz von
zwei Sender/Empfänger-Einheiten,
die vorzugsweise jeweils als einstückige piezokeramische Schwinger
ausgebildet sind, führt
zu einer redundant arbeitenden Vorrichtung. Durch Vergleich der unabhängig voneinander
ausgewerteten Messergebnisse erhöht
sich die Aussagesicherheit. Insbesondere bei insgesamt symmetrisch
aufgebauter Vorrichtung können
die beiden Messsysteme auch in kalter Betriebsredundanz arbeiten.
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Die
zuvor erläuterte
Vorrichtung wird als Kollisionsschutz für elektrisch betätigte Fensterheber, Schiebedächer, Türen, Schiebetüren oder
Klappen verwendet. Durch Kontakt eines kollidierenden Objekts mit
dem Übertragungsweg
verändern
sich die Übertragungseigenschaften.
Dies registriert der Sensor und die Steuereinrichtung und veranlasst
entsprechende Stellbefehle. Es kann ein vollständiges oder teilweises Reversieren
der Verstellbewegung (bei Fensterhebern), aber auch das Verharren
in der erreichten Position bestimmt sein.
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Weitere
Anwendungen können
in der Ansteuerung von End- und Zwischenlagen eines Verstellteils
bestehen. Es ist so z. B. möglich,
die obere und untere Endlage "soft" anzufahren oder
auch Kurzhubabsenkungen der Seitenscheibe zu steuern, die das Schließen von
rahmenlosen Türen
erleichtern.
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Als Übertragungsweg
eignen sich für
einen Kollisionsschutz solche von außen beeinflussbaren Flächen, die
im Wesentlichen die Schließflächen repräsentieren.
Ihre Ebene verläuft
meist winklig zur Bewegungsrichtung des motorisch bewegbaren Bauteils.
Ist dieses Bauteil beispielsweise eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs,
so wird man die umlaufende Stirnfläche, die die äußere und
innere Scheibenebene verbindet, als Übertragungsfläche nutzen.
Es können
der Aktuator und der Sensor bzw. eine entsprechende Funktionseinheit
an einem nicht direkt einsehbaren, nicht direkt zugänglichen
und den Fensterbewegungsablauf nicht störenden Bauteil des Übertragungsweges
angeordnet werden. Es bietet sich hierzu die Scheibenunterkante
an. Sollen jedoch Aktuator und/oder Sensor auf dem Übertragungsweg
im Bereich der Schließflächen (z.
B. Oberkante der Scheibe) eingesetzt werden, so werden die Energie- und Signalleitungen
am Rand der Scheibe in Form von aufgedruckten Leiterbahnen vorgesehen.
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Die
Ein- und Auskopplung der Energie erfolgt entweder über Leiterbahnen
bzw. Kabel oder drahtlos (z. B. induktiv), wenn die geforderte Energiedichte und
Zuverlässigkeit
der Bauelemente dies zulassen.
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Zur
Signalauswertung kommen ein oder mehrere der nachfolgend aufgeführten Prinzipien
zur Anwendung: Laufzeitmessung, Amplitudenmodulation, Phasen- und
Frequenzmodulation. Entscheidend hierfür sind Bedürfnisse der Sicherheit (auch
Redundanz) und der Empfindlichkeit.
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In
der DE-OS 22 46 337 ist eine Sicherheitseinrichtung für motorisch
verschließbare Öffnungen offenbart,
die eine Bestimmungsgröße einer
akustischen Quelle, z. B. die Schallintensität, misst, wobei der akustische
Empfänger über eine
den Luftschall leitende Übertragungsstrecke
mit der akustischen Quelle verbunden ist. Die Übertragungsstrecke kann ein
elastischer im Bereich einer Schließkante angeordneter Schlauch
sein. Bei seiner Deformation durch ein Hindernis verringert sich
die den Empfänger
erreichende Schallintensität.
Eine Auswerteeinrichtung reagiert darauf mit einem Stellbefehl an
den Motor.
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Die
DE-AS 24 32 063 beschreibt eine Einrichtung zur Überwachung des Türschließvorgangs in
Nahverkehrsfahrzeugen unter Anwendung des Prinzips einer Lichtschranke.
Strahlungsquelle und Sensor sind im Wesentlichen in einer Ebene
im Bereich der Schließkante
angeordnet. Der Übertragungsweg
innerhalb des relativ großvolumigen
elastischen Abdeckelements wird durch einen Reflektor am gegenüberliegenden
Ende der Schließkante
vervollständigt.
Bei Deformation des Abdeckelements erfolgt eine Dämpfung der
Lichttransmission, was über
den Sensor zur vorgesehenen Reaktion der Einrichtung führt.
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Durch
die DE-PS 27 19 955 ist ein berührungsfreier
Feldsensor zum Erkennen von Personen oder Gegenständen vor
sich geradlinig bewegenden Kanten bekannt, dessen Antennenkondensatoren durch
sich nähernde
Objekte eine asymmetrische Kapazitätsänderung erfahren und über eine
Auswerteeinrichtung zu Steuerbefehlen führen.
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Die
DE-PS 30 34 118 und die DE-PS 31 36 746 beschreiben ein Verfahren
zur elektronischen Überwachung
des Öffnungs-
und Schließvorgangs von
elektrisch betriebenen Aggregaten, wobei aus den zeitlichen Veränderungen
der charakteristischen Kenngrößen des
Aggregats und deren Auswertung in einem Mikrocomputer ein elektrisches
Stellorgan beeinflussbar ist. In einem der in mehrere Abschnitte unterteilten
Schließbereiche wird
beim Schließvorgang
die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit des Aggregats laufend ermittelt
und mit einem Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert überschritten,
so erfolgt eine kurzfristige Bewegungsumkehr und dann die Abschaltung.
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Die
Erzeugung und Übertragung
von akustischen Oberflächenwellen
sowie ein Messverfahren für
deren Laufzeit und Amplitude sind als solches aus den Druckschriften
DE 35 28 380 A1 ,
DE 34 38 050 A1 und
DE 32 36 631 A1 bekannt.
Weiterhin sind auch die so genannten Rayleigh-Wellen, eine Sonderform
der Oberflächenwellen
bekannt, die an der spannungsfreien Oberfläche elastischer Medien auftreten
können.
Diese Oberflächenwellen
klingen nach der Tiefe zu exponentiell ab und setzen sich aus senkrecht
zur Oberfläche
schwingenden Scherungswellen und tangential schwingenden Kompressionswellen
zusammen (siehe Meyer's
Physiklexikon, Bibliographisches Institut Mannheim 1973).
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Als
Alternative zu Keilwandlern sind Scherschwinger oder Interdigitalwandler
verwendbar. Diese können
direkt am Rand des zu überwachenden Bereichs
befestigt werden. Die Herstellung solcher Wandler ist allerdings
weit aufwendiger als die von Dickenschwingern.
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Aus
der WO 97/10468 ist ein Modenwandler für eine Glasscheibe bekannt,
der sich in Wirkverbindung zum zu überwachenden Bereich oder zu
einem mit diesem akustische Oberflächenwellen leitend verbundenen
Bereich befindet. Dabei wandelt der Modenwandler eine zum Überwachungsbereich
hinlaufende Volumenwelle in eine Oberflächenwelle und/oder eine zum
Empfänger
zurücklaufende
Oberflächenwelle
in eine Volumenwelle um. Als Modenwandler kommen periodisch angeordnete
geometrische Strukturen zur Anwendung, deren Teilung der Wellenlänge der
zu erzeugenden Oberflächenwelle entspricht.
Solche geometrische Strukturen können beispielsweise
Lochreihen in der Nähe
des zu überwachenden
Bereichs, also der umlaufenden Kante einer Fensterscheibe beispielsweise,
der keilartige Ausformungen in der Scheibenkante selbst sein.
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Es
besteht aber auch die Möglichkeit,
separate, das heißt
zusätzliche
Elemente am zu überwachenden
Bereich oder dem mit diesem wellenleitend verbundenen Bereich anzubringen,
um eine Modenkonversion von einer Volumenwelle in eine Oberflächenwelle
oder umgekehrt zu bewirken. Beispielsweise können periodisch mit einer Teilung
von etwa der Wellenlänge
der Oberflächenwelle
auf der Scheibenkante aufgeklebte, aufgedruckte, aufgesinterte oder
aufgedampfte Strukturen verwendet werden, die wegen ihres sehr geringen
Höhenaufbaus
visuell kaum wahrnehmbar und auch im seitlichen Führungsbereich
der Fensterscheibe nicht störend
hervortreten.
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Die
Oberflächenwellenlänge des
Wandlermaterials entspricht nicht exakt der Oberflächenwellenlänge der
freien Glaskante aufgrund der sich unterscheidenden Grenzflächenbedingungen
zwischen Glas/Luft einerseits und Glas/Wandler andererseits.
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Unter
Volumenwellen sind Schallwellen zu verstehen, die sowohl Longitudinalkomponenten
als auch Transversalkomponenten aufweisen, wobei ein Anteil üblicherweise überwiegt.
Da Festkörper Schubspannungen übertragen,
treten in ihnen neben Longitudinalwellen immer auch Transversalwellen auf.
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Eine
weiterer "separater" Modenwandler sieht
eine Verbindung eines flachen Keils mit der umlaufenden Kante der
Fensterscheibe vor, wobei in der gemeinsamen Berührungsfläche des Keils schlitzartige
Aussparungen in einem geeigneten Neigungswinkel eingearbeitet sind,
so dass nach Brechung der aus dem Scheibenkörper einlaufenden Volumenwellen
hin zum Keil und Reflektion an dessen Aussparungen im Wesentlichen
parallel zur Scheibenkante die Volumenwellen bei der Rückeinkopplung
in die Scheibenkante in Oberflächenwellen
konvertiert werden.
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Die
Modenkonversion am Modenwandler ist bei Bedarf stets in beide Richtungen
möglich,
das heißt,
eine sich durch den Glaskörper
der Fensterscheibe ausbreitenden Volumenwelle (insbesondere eine
Longitudinalwelle) wird bei ihrem Auftreffen auf den in der Nähe der Scheibenkante
oder der Scheibenkante selbst angeordneten Modenwandler in eine Oberflächenwelle
(insbesondere eine Rayleighwelle) umgewandelt. Gelangt eine Oberflächenwelle
in den Wirkungsbereich eines der oben beschriebenen Modenwandler,
so wird diese unter anderem in eine Volumenwelle konvertiert. Wegen
der Dämpfungseigenschaften
der betreffenden schwingungsleitenden Körper und wegen der Konversionsverluste
sollten möglichst
wenige Modenwandler innerhalb eines Weges der akustischen Wellen
zwischen Sender und Empfänger
liegen.
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Der
Erfindung liegt die Ausgabe zu Grunde eine Steuerungsvorrichtung
zur Steuerung einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs anzugeben,
die die Funktionalitäten
möglichst
erweitert.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Demzufolge
ist eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Verstelleinrichtung
eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, die ausgebildet und eingerichtet
ist eine Bewegung eines verstellbaren Teils der Verstelleinrichtung
in Abhängigkeit
von einer Detektion eines Einklemmens eines Körperteils oder Gegenstandes
zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung einen
Mikrocontroller aufweisen, in dem zur Steuerung ein entsprechendes
Steuerprogramm implementiert ist.
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Die
Steuerungsvorrichtung umfasst hierzu einen Wellenleiter, der eine
erste elektrisch leitende Elektrode und eine zweite elektrisch leitende
Elektrode aufweist. Eine Oberflächenwellensenderempfängeranordnung
ist auf dem Wellenleiter zur Übertragung
von Oberflächenwellen
angeordnet. Die Oberflächenwellensenderempfängeranordnung dient
dabei zur Detektion des Einklemmens. Eine derartige Oberflächenwellensenderempfängeranordnung
kann ein Bauelement aufweisen, das zeitversetzt als Sender der Oberflächenwelle
und als Empfänger
einer, vorzugsweise reflektierten Oberflächenwelle dient. Eine andere
Ausgestaltungsform der Oberflächenwellensenderempfängeranordnung
sieht einen Oberflächenwellensender
und einen Oberflächenwellenempfänger vor,
die beide auf dem Wellenleiter angeordnet sind.
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Beispielsweise
sind der Oberflächenwellensender
und der Oberflächenwellenempfänger mit
einem Mikrocontroller der Steuervorrichtung verbunden, so dass das
Empfangssignal des Oberflächenwellenempfängers durch
den Mikrocontroller ausgewertet werden kann. Zudem kann mittels
eines Steuerausgangs des Mikrocontrollers der Oberflächenwellensender
mit einem Sendesignal beaufschlagt werden. Als Oberflächenwellenempfänger und
als Oberflächenwellensender
können
beispielsweise Piezowandler verwendet werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die erste elektrisch
leitende Elektrode und die zweite elektrisch leitende Elektrode
sich zumindest über
eine Teillänge
des Wellenleiters erstrecken und mit einer Auswerteeinheit verbunden
sind. Die Auswerteeinheit der Steuerungsvorrichtung ist mit den beiden
Elektroden vorteilhafterweise über
isolierte Leitungen verbunden. Bevorzugt ist zumindest eine Leitung
geschirmt. Der mit den Elektroden verbundene Eingang der Auswerteeinheit
ist vorzugsweise hochohmig. Die Auswerteeinheit weist vorteilhafterweise
Mittel auf, die ein Anlegen eines bestimmten elektrischen, zeitkonstanten
oder zeitveränderlichen Potentials
an zumindest einer der beiden Elektroden ermöglichen.
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In
einer möglichen
Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist die Auswerteeinheit zur
Bestimmung eines elektrischen Widerstandes zwischen der ersten leitenden
Elektrode und der zweiten leitenden Elektrode ausgebildet, um einen
Kontakt des Köperteils
oder des Gegenstandes mit beiden Elektroden zu detektieren.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit
zur Bestimmung einer Kapazität
zwischen der ersten leitenden Elektrode und der zweiten leitenden
Elektrode ausgebildet ist, um eine Annäherung des Körperteils
oder des Gegenstandes an die beiden Elektroden zu detektieren. Eine
derartige Annäherung
ist insbesondere dann gegeben, wenn ein Körperteil oder ein Gegenstand
sich im Verstellweg der Verstelleinrichtung befindet und zu eine
Kollision zwischen dem verstellbaren Teil der Verstelleinrichtung
und dem Gegenstand oder Körperteil
führen
würde.
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Die
Steuerungsvorrichtung ist in einer bevorzugten Weiterbildung der
Erfindung ausgebildet und eingerichtet eine Bewegung des verstellbaren
Teils der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von einer detektierten
Annäherung
des Körperteils
oder des Gegenstandes zu steuern oder zu regeln. Beispielweise wird
die Verstellgeschwindigkeit oder das Verstellmoment geregelt oder
gesteuert. Eine vorteilhafte Variante dieser Weiterbildung ist,
dass zu Bewegungssteuerung eine Verstellgeschwindigkeit verändert, vorteilhafterweise
reduziert wird. Eine andere vorteilhafte Variante dieser Erfindung
sieht vor, dass die Verstellkraft oder das Verstellmoment geregelt
wird, um die Einklemmkraft auf einen Maximalwert zu begrenzen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer
Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs, das vorzugsweise als Programm
in einem Mikrocontroller abläuft.
In diesem Verfahren wird eine Bewegung eines verstellbaren Teils
der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit
von einer Detektion eines Einklemmens eines Körperteils oder eines Gegenstandes
gesteuert. Wird während
einer Verstellbewegung eine Annäherung
des Körperteils
oder des Gegenstandes kapazitiv ermittelt, wird eine Verstellgeschwindigkeit
der Verstellbewegung in Abhängigkeit
von dieser Ermittlung reduziert. Vorzugsweise wird die Verstellbewegung
gestoppt, wenn eine Berührung
des Körperteils
oder des Gegenstandes mit dem verstellbaren Teil ermittelt wird.
Die Ermittlung der Berührung
erfolgt in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
durch die Bestimmung einer Dämpfung
von Oberflächenwellen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand von
Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen
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1 ein
Kraftfahrzeug mit einer schematischen Darstellung von Sensorvorrichtungen
von Steuerungsvorrichtungen zur Detektion eines Einklemmens,
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2 eine
vergrößerte Ansicht
einer Heckklappe mit einer schematischen Darstellung einer Sensorvorrichtung
einer Steuerungsvorrichtung zur Detektion eines Einklemmens,
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3 ein
Kraftfahrzeug mit einer Schiebetür und
einer schematisch dargestellten Sensorvorrichtung einer Steuerungsvorrichtung
an der B-Säule und
an der Schließkante
der Schiebetür
zur Detektion eines Einklemmens,
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4 einen
Ausschnitt einer Kraftfahrzeugansicht mit zwei Flügeltüren im Heckbereich
des Kraftfahrzeugs und einer schematischen Darstellung einer Sensorvorrichtung
einer Steuerungsvorrichtung,
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5 einen
Ausschnitt einer Kraftfahrzeugansicht mit einer zweigeteilten Heckklappe,
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6 einen
Ausschnitt eines schematisch dargestellten Verfahrensablaufs zur
Steuerung einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs,
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7 eine
schematische Darstellung einer Steuerungsvorrichtung,
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8 eine
schematische Schnittansicht einer ersten Variante einer geometrischen
Ausbildung eines Oberflächenwellenleiters
einer Steuerungsvorrichtung,
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9 eine
schematische Schnittansicht einer zweiten Variante einer geometrischen
Ausbildung eines Oberflächenwellenleiters
einer Steuerungsvorrichtung, und
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10 eine
schematische Schnittansicht einer dritten Variante einer geometrischen
Ausbildung eines Oberflächenwellenleiters
einer Steuerungsvorrichtung.
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In
den 1 bis 5 sind unterschiedliche Anordnungen
von Sensoren 1a bis 1j an Baugruppen eines Kraftfahrzeugs
dargestellt. Die Sensoren 1a bis 1j dienen zur
direkten Detektion eines Einklemmens eines Körperteils oder eines Gegenstands
während einer
Schließbewegung
oder einer Öffnungsbewegung.
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In 1 ist
dies für
eine Schiebetür
und eine Heckklappe eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Während für die schwenkbare
Heckklappe der Sensor 1b auf der Innenseite der Heckklappe
angeordnet ist und damit während
der Verstellbewegung der Heckklappe mitbewegt wird, ist der Sensor 1a zur
Detektion eines Einklemmfalles während
der Schließbewegung
der Schiebetür
an der B-Säule
der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Hierbei wird während der Schließbewegung
der Sensor 1a nicht mitbewegt. Sowohl die Heckklappe als
auch die Schiebetür
werden durch einen Elektromotor angetrieben und führen daher
automatische Öffnungs-
und Schließbewegungen
aus. Beide Sensoren 1a und 1b sind mit einer Steuereinrichtung
SE verbunden, die die automatischen Öffnungs- und Schließbewegungen
der Schiebetür
und der Heckklappe in Abhängigkeit
von dem Signal zumindest eines der Sensoren 1a und/oder 1b steuert.
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2 zeigt
eine Detailansicht der Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, wobei der
Sensor 1c entlang der Öffnungskanten
der Heckklappe umlaufend angeordnet ist. Zugleich ist dieser Sensor 1c als Lichtleiter
ausgebildet, der eine Vorfeldbeleuchtung des Heckklappenöffnungsbereichs
ermöglicht.
Während
der Schließbewegung
der Heckklappe gibt der Sensor 1c zudem ein optisches Warnsignal
ab.
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3 zeigte
eine weitere Sensoranordnung für
die Schiebetür
eines Kraftfahrzeugs. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein erste
Sensor 1e an der verstellbaren Schiebetür und ein zweiter Sensor 1d an
der B-Säule
der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Wird ein Gegenstand zwischen
diesen Sensoren detektiert, wird eine Verstellgeschwindigkeit oder
ein Verstellmoment abhängig
gesteuert, beispielsweise die Verstellgeschwindigkeit reduziert
oder das Verstellmoment auf einen konstanten Wert heruntergeregelt.
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Eine
weitere Anordnung von Sensoren 1f, 1h und 1g zeigt 4.
Um die Öffnung
des Kraftfahrzeugs, die durch zwei Flügeltüren verschließbar ist, sind
für unterschiedlich
Bereiche der Öffnungskante mehrere
Sensoren 1h und 1g angeordnet, die ein Einklemmen
in diesen Bereichen detektieren. Ein weiterer Doppelsensor 1f ist
an der Stirnseite jeder Flügeltür angeordnet,
so dass ein Einklemmen auch zwischen diesen Flügeltüren detektierbar ist. Zugleich
ist dieser Doppelsensor 1f im geöffneten Zustand der jeweiligen
Tür Licht
emittierend, so dass dieses Licht eine Warnfunktion für sich nähernde Fahrzeuge
bewirkt. Zusätzlich überwacht
der Doppelsensor 1f einen Nahfeldbereich während des Öffnens der
Flügeltüren, wobei
der Öffnungsvorgang gestoppt
wird, wenn mittels des Doppelsensors 1f ein Hindernis im Öffnungsweg
detektiert wird.
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5 zeigt
eine Teilansicht eines Kraftfahrzeug mit einer zweigeteilten Heckklappe.
Die Sensoren 1h und 1i sind dabei derart angeordnet,
dass diese sowohl ein Einklemmen zwischen einem Teil der Heckklappe
und der Fahrzeugkarosserie als auch ein Einklemmen zwischen den
beiden Teilen der Heckklappe detektieren können. Zusätzlich ist ein weiterer Sensor 1j an
der Fahrzeugkarosserie vorgesehen, der in Abhängigkeit von einer Detektion
eines im Verstellweg befindlichen Körperteils oder Gegenstands ein
Stoppen des Schließvorgangs
bereits vor einer Berührung
der Sensoren 1h oder 1i durch das Körperteil
oder den Gegenstand ermöglicht.
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Weiterhin
dient der Sensor 1j in Doppelfunktion als Betätigungseinrichtung
zur Steuerung einer Funktion des Kraftfahrzeugs. Bevorzugt wird
durch die Signale dieses Sensors 1j als Betätigungseinrichtung
der Verstellantrieb der Heckklappe gesteuert. Hierzu ist in dem
Ausführungsbeispiel
der 5 vorgesehen, dass der Sensor einen Bereich aufweist, der
grafisch als Betätigungsfeld 6 gekennzeichnet
ist. Vorzugsweise ist zudem eine Textanweisung „close" oder ein zur Funktion zugeordnetes
grafisches Symbol auf oder nahe dem Sensor 1j angeordnet.
Dieses Doppel-Funktionsprinzip erübrigt den Einsatz von weiteren
Schaltern zum Schließen
der Heckklappe, weil die bloße
Berührung
eines oder mehrerer vorgesehener Bereiche 6 des Sensors
die gewünschten Schalteffekte
auslöst.
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Alle
Sensoren 1a bis 1f der 1 bis 5 können dabei
zugleich ein Verkleidungselement bilden, dass beispielsweise Montageöffnungen
oder Befestigungsmittel, wie Schrauben oder dergleichen abdeckt.
Hierzu sind die Sensoren 1a bis 1f beispielsweise
als clipsbare Kunststoffblende oder als Aluminiumzierleiste ausgebildet.
Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, die Sensoren als klebbare Folie auszubilden, die
als Designmittel Montagekanten, Montageschlitze oder dergleichen
abdeckt.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Sensors der
1 bis
5. Es ist
ein Wellenleiter
1 vorgesehen, der Oberflächenwellen
entlang seiner Form auf einer einen Einklemmfall durch Berührung sensierenden
Oberfläche
leitet. In
7 sind zur Veranschaulichung
lediglich die beiden Endbereiche des vorzugsweise durchgehenden
Wellenleiters
1 dargestellt. Eine Berührung des Wellenleiters
1 bewirkt eine
messbare Dämpfung
der Oberflächenwellen, wobei
diese Dämpfung
als Einklemmfall detektierbar ist. Bezüglich dieses Funktionsprinzips
der Detektion eines Einklemmfalls mittels der Dämpfung von Oberflächenwellen
wird an dieser Stelle vollumfänglich
auf die bereits veröffentlichte
WO 97/10468 und auf die
DE
42 15 744 C2 verwiesen.
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Zur
Detektion des Einklemmfalls ist auf einem ersten Modenwandler 14,
der eine Volumenwelle in eine Oberflächenwelle wandelt ein Piezoaktuator 4 angeordnet,
der als Wellengenerator fungiert. Die Oberflächenwellen gelangen weiter über den Wellenleiter 1 zur
einem zweiten Modenwandler 13, zur Wandlung der Oberflächenwellen
in Volumenwellen, auf dem ein Piezosensor 3 angeordnet
ist. Der Piezoaktuator 4 und der Piezosensor 3 sind über elektrische
Leitungen mit einer Steuereinheit SE verbunden, die einen zum Piezoaktuator 4 zugeordneten
Oberflächenwellensender
OFW-S und einen dem Piezosensor 3 zugeordneten Oberflächenwellenempfänger OFW-R
aufweist. Die Steuereinheit SE ist weiterhin über einen Treiber D mit einem
Antrieb M einer Funktionseinheit verbunden. Die Funktionseinheit
ist dabei beispielsweise die zuvor beschriebene Heckklappe oder
Schiebetür.
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Erhält die Steuereinheit
SE beispielsweise über
das Bussystem CAN einen Steuerbefehl zum automatischen Schließen der
Heckklappe als Funktionseinheit, wird der Treiber D entsprechend
der Verstellrichtung angesteuert und der Motor M durch den Treiber
D in der zugeordneten Richtung bestromt. Gleichzeitig überträgt die Steuereinheit
SE mittels des Oberflächenwellensenders
OFW-S über
den Wellenleiter 1 eine Welleninformation an den Oberflächenwellenempfänger OFW-R
und bestimmt fortlaufend beispielsweise in kurzen Abständen die Dämpfung des
Signals. Überschreitet
die Dämpfung des
Signals einen Schwellwert wird die Antriebsbewegung reversiert,
indem der Motor M zumindest temporär in die Gegenrichtung bestromt
wird. Zudem können
weitere Schwellwerte vorgesehen sein, die eine Verlangsamung der
Verstellgesehwindigkeit oder eine Veränderung des Verstellmomentes
bewirken. Anstelle eines absoluten Dämpfungsschwellwertes können auch
Dämpfungsänderungen
mittels eines Schwellwertes ausgewertet werden.
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Neben
dem Leiten von Oberflächenwellen erfüllt der
Wellenleiter 1 zumindest eine weitere Funktion. Der Wellenleiter
der 7 ist als Lichtleiter ausgebildet. Hierzu ist
der Lichtleiter 1 mit einer Lichtquelle 5, beispielsweise
einer Glühbirne
oder einer Leuchtdiode optisch gekoppelt, so dass die Lichtquelle 5 Licht
in den Lichtleiter 1 einspeisen kann. Die Lichtquelle 5 ist
dabei elektrisch mit der Steuereinheit SE verbunden, so dass die
Lichtaustrittsmenge der Lichtquelle 5 durch die Steuereinheit
SE steuerbar ist. Das in den Lichtleiter 1 eingespeiste
Licht wird an Stellen entsprechender Oberflächenrauhigkeit des Lichtleiters 1 aus
dem Lichtleiter 1 ausgekoppelt und strahlt als sichtbares
Licht 51 in die Umgebung des Sensors diffus oder gerichtet
ab.
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Für die Steuerung
der abgestrahlten Lichtmenge ist vorgesehen, dass die Steuereinheit
SE zum einen für
Designzwecke ein stark gedimmtes Licht steuert, wenn die Funktionseinheit tagsüber in einer
Position steht. Dagegen wird eine pulsierende Lichtmenge durch die
Steuereinheit SE gesteuert, während
die Funktionseinheit durch den Antrieb M verstellt wird. Weiterhin
kann eine große
Lichtmenge von der Steuereinheit SE gesteuert werden, wenn in dunkler
Umgebung eine konstante Beleuchtung durch die austretende Lichtmenge 51 benötigt wird. Auch
kann diese Lichtaustrittsart, insbesondere die pulsierende Lichtmenge
in Abhängigkeit
von der Betätigung
der Warnblinkanlage gesteuert werden.
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Weiterhin
ist es möglich
einen Lichtsensor vorzusehen, der ein Auftreten eines Hindernisses
im Verstellweg ermittelt, indem das vom Lichtleiter 1 ausgekoppelte
Licht 51 durch das Hindernis absorbiert oder reflektiert
wird. Beispielsweise kann in Abhängigkeit
von dieser Hinderniserkennung die Verstellgeschwindigkeit reduziert
oder das Verstellmoment begrenzt werden.
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Eine
andere weitere Funktion des Wellenleiters 1 ist eine insbesondere
kapazitive Nahfelddetektion. Hierzu weist der Wellenleiter zwei
Elektroden 21, 22 auf, die mit der Steuereinheit
SE verbunden sind. Die Steuereinheit SE weist eine Einheit CAP-D zur
Erzeugung und Auswertung eines konstanten oder zeitveränderlichen
elektrischen Feldes 20 auf. Gelangen Gestände oder
Körperteile
in den Bereich des elektrischen Feldes 20, wird die Änderung
des elektrischen Feldes 20 durch die Steuereinheit SE detektiert,
insbesondere indem diese eine veränderte Kapazität zwischen
den beiden Elektroden 21 und 22 bestimmt. Die
beiden Elektroden 21, 22 sind beispielsweise zwei
in den Wellenleiter 1 aus Kunststoff integrierte leitende
Bereiche, beispielsweise zwei Metallleisten aus Aluminium.
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Weiterhin
ist die Steuereinheit SE mit einem Hallsensor HS verbunden, der
eine Messung einer Verstellposition und einer Verstellgeschwindigkeit
der Funktionseinheit durch die Messung der Rotation des Antriebs
ermöglicht.
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All
die zuvor beschriebenen Sensorsysteme arbeiten vorteilhafterweise
in Ergänzung
zueinander und/oder redundant zueinander, so dass die Gefahr eines
Einklemmens oder gar einer Verletzung einer Person minimiert wird.
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In
den 8, 9 und 10 sind
verschiedene Ausgestaltungen eines Wellenleiters 10, 100, 101 dargestellt.
In der Ausgestaltungsvariante der 8 ist ein
Kunststoffwellenleiter 10 dargestellt, der über einen
Wellenentkoppler 108 auf einem Karosserieteil 8 befestigt
ist. Der Wellenentkoppler 108 entkoppelt die auf dem Wellenleiter 10 übertragenen Oberflächenwellen
von der Karosserie, so dass die Dämpfung der Oberflächenwellen
durch die Befestigung des Wellenleiters 10 mittels des
Wellenentkopplers 108 auf der Karosserie 8 gegenüber einer direkten
Befestigung des Wellenleiters 10 auf der Karosserie 8 signifikant
reduziert ist. Der Wellenleiter 10 weist zudem zwei Elektroden 210 und 220 auf,
die in der Oberfläche
des Wellenleiters 10 befestigt, beispielsweise eingeklebt
sind. Mittels dieser Elektroden 210, 220 kann
das in 7 beschriebene elektrische Feld 20 erzeugt
werden. Weiterhin kann die Oberfläche dieser Elektroden 210, 220 als
Kontaktfläche
dienen, die eine resitive Auswertung einer Berührung dieser Elektroden durch
ein Material oder ein Körperteil
mit einem ohmschen Widerstand ermöglicht.
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9 zeit
einen Wellenleiter 100, der als Flachleiter ausgebildet
ist. In diesem Fall sind die Elektroden 211 und 221 in
Schichten des Flachleiters einlaminiert. Neben dem elektrischen
Feld 20 kann mittels der Elektroden 211, und 221,
die in diesem Fall in Doppelfunktion als Signalleitung dienen können, eine
Information und/oder ein Versorgungsstrom an eine weitere Funktionseinheit,
beispielsweise eine Scheibenheizungssteuerung oder an Leuchte übertragen
werden. Der Flachleiter 100 ist über eine, die Oberflächenwellen
für die
Funktion nicht signifikant dämpfende
Klebeverbindung 1008 mit einem Karosserieteil 8 verbunden.
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Eine
weitere Ausführungsvariante
des Wellenleiters 101 zeigt 10. In
dieser Ausführungsvariante
der 10 ist der Wellenleiter als Dichtung 101 ausgebildet,
die beispielsweise im geschlossenen Zustand der Heckklappe, die
Heckklappe gegen die Fahrzeugkarosserie dichtend abschließt, um einen
Trockeninnenraum des Kraftfahrzeugs von einem Nassaußenraum
zu trennen. Hierzu ist weist der Wellenleiter 101 beispielsweise
eine elastisches Material, beispielsweise ein Elastomer auf, das
die Dichtfunktion erfüllt.
Die Oberflächenwellen
werden in dieser Ausführungsvariante über zumindest
eine der beiden Elektroden 212 oder 222 des Wellenleiters 1 übertragen,
wobei die Elektroden zudem ein elektrisches Feld 20 zur
Nahfelddetektion erzeugen können.
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6 stellt
einen Teil eines Verfahrensablaufes schematisch dar, der die Nutzung
des Wellenleiters 1 der 7 in einer
weiteren Funktion zur Betätigung
einer Funktion des Kraftfahrzeugs ermöglicht. In 6 ist
die Ausgestaltungsvariante dargestellt, in der eine Betätigung der
Verstellung der Funktionseinheit durch Berührung des Wellenleiters 1 während des
Stillstandes des Antriebs M der Funktionseinheit ermöglicht wird.
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Innerhalb
eines Verfahrensablaufs erfolgt in einem ersten Schritt des dargestellten
Teils des Verfahrens eine Abfrage, ob der Antrieb steht. Dieser
Zustand des Antriebs wird mittels der Auswertung von Sensorsignalen
ermittelt. Beispielsweise werden von dem Hallsensor HS der 7 keine
zeitlich sich verändernden Hallsignale abgegeben. Nachfolgend wird mit entsprechender
Logik abgefragt, ob eine Berührung
des Wellenleiters 1 vorliegt. Ist dies nicht der Fall folgt
wiederum Schritt eins. Liegt dagegen eine Berührung des Wellenleiters 1 vor,
wird dies als Betätigung
der gewünschten
Funktion interpretiert und der Antrieb nachfolgend in Schritt drei
in Richtung „Schließen" angesteuert.
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Da
nun der Antrieb nicht mehr steht gelangt man über Schritt eins zu Schritt
vier, indem wiederum eine Berührung
des Wellenleiters 1 abgefragt wird. Ist dies nicht erfolgt,
wird der Antrieb ohne Unterbrechung weiter in Richtung „Schließen" betrieben. Ist dagegen
in Schritt vier eine Berührung
des Wellenleiters 1 detektiert worden, wird dies als Einklemmfall interpretiert
und der Antrieb umgehend in Schritt fünf gestoppt.
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Der
weitere und der den beschriebenen Schritten vorhergehende Verfahrensablauf
wird zur vereinfachten Erläuterung
weder beschrieben noch in der 6 dargestellt.
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Die
zuvor zu den 1 bis 10 erläuterten
Ausgestaltungen und Ausgestaltungsvarianten der Erfindung können für unterschiedliche
Funktionalitäten
des Gesamtsystems vorteilhaft miteinander kombiniert werden, so
dass Sicherheitsfunktionen mit Komfortfunktionen und/oder Designfunktionen synergetisch
genutzt werden.
-
- 1,
1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g,
- Wellenleiter,
Lichtleiter
- 1h,
1i, 1j
-
- 10
- Isolator,
Wellenentkoppler
- 100
- Flachleiter
- 101
- Wellenleiter,
Dichtung
- 13,
14
- Modenwandler
- 1008
- Haftmittel,
Klebstoff
- 108,
1018
- Wellenentkoppler
- 20
- elektrisches
Feld
- 21,
22
- Elektrode
- 210,
220
- Elektrode
mit berührbarer
Oberfläche
- 211,
221
- einlaminierte
Elektrode
- 212,
222
- strukturierte
Elektrode
- 3
- Piezoaktuator
- 4
- Piezosensor
- 5
- Lichtquelle,
Leuchtdiode, Laser
- 50
- Oberflächenrauhigkeit zur
Auskopplung von Licht
- 51
- ausgekoppeltes
Licht
- 6
- Eingabefeld,
Bedienfeld
- 8
- Karosserieteil,
Trägerplatte,
Rahmen
- SE
- Steuereinrichtung,
Mikrocontroller
- OFW-R
- Oberflächenwellenempfänger
- OFW-S
- Oberflächenwellensender
- CAP-D
- Auswerteeinheit
für kapazitive
oder resistive Signale
- LE
- Lichtsteuerung
- D
- Treiber,
Halbleiterbrücke,
Relais
- HS
- Hallsensor
- M
- Motor,
Antrieb
- CAN
- Bus,
Bussystem, CAN-Bus