電容式傳感器陣列以及在汽車上檢測操控姿勢的方法
【專利摘要】一種用于在汽車上檢測用戶的接近和運動姿勢的傳感器陣列，包括電容式傳感器陣列（2，3）和至少一個與所述傳感器陣列耦合的控制裝置（5），所述控制裝置檢測所述傳感器陣列的電容變化。所述傳感器陣列具有至少兩個布置在所述汽車上的空間偏移位置上的傳感器電極陣列（2，3），其中，所述傳感器電極（2，3）被構(gòu)造成長條形電極陣列且以相同的空間定向進行布置。所述控制分析裝置設(shè)計用于以可變的、因電極而異的脈沖率對所述傳感器電極進行同步控制和分析。
【專利說明】電容式傳感器陣列以及在汽車上檢測操控姿勢的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在汽車上檢測用戶的接近和運動姿勢的電容式傳感器陣列以及一種相關(guān)方法。
[0002]電容式傳感器陣列與控制裝置耦合，該控制裝置檢測傳感器陣列相對于基準電位的電容變化。傳感器陣列包括至少兩個布置在汽車上的空間偏移位置上的傳感器電極陣列，其中，傳感器電極被構(gòu)造成長條形電極陣列且以相同的空間定向進行布置，控制分析裝置設(shè)計用于以規(guī)定的時間間隔對傳感器電極進行同步控制。
【背景技術(shù)】
[0003]上述類型的電容式傳感器陣列例如公開自美國專利5，730，165或相應(yīng)的專利說明書DE19681725B4。DE102010000271也是描述相應(yīng)的陣列。
[0004]傳感器電極往往被用來操控汽車的門，例如后蓋。為此可以使用傳感器電極來檢測人體部位的接近，例如腿部擺動到保險杠下方，并且向汽車內(nèi)的控制裝置傳輸打開或關(guān)閉后蓋的命令。DE102009025212揭示一種用于這類陣列的分析方法，其非接觸式關(guān)閉裝置具有正好包含兩個電極的電容式傳感器。這樣就能相對地測量這兩個電極的電容。而不需要設(shè)置附加的參比電容并相對于該參比電容地來測量電極電容。相比包含兩個以上電極的關(guān)閉裝置，這能降低能耗。但問題是(前述公開案也存在這樣的問題)，周期性輪詢在較長時間內(nèi)會產(chǎn)生大量能耗，給車載供能系統(tǒng)造成負擔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可靠的、能夠在確保識別精度不變的情況下降低能耗的傳感機構(gòu)。
[0006]本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為一種具有權(quán)利要求1所述特征的電容式傳感器陣列和一種具有權(quán)利要求7所述特征的方法。
[0007]本發(fā)明的解決方案需要至少兩個布置在汽車上的空間偏移位置上的傳感器電極陣列。控制分析裝置設(shè)計用于以規(guī)定的時間間隔對傳感器電極進行同步控制。
[0008]本發(fā)明的要點不在于傳感器電極的設(shè)計或構(gòu)造。每個電極都可以被構(gòu)造成金屬線式電極、平面電極或薄膜式電極，其中金屬線或薄膜構(gòu)成電容式傳感器的傳感器電極。傳感器電極可以分段延伸過汽車保險杠的部分寬度或整個寬度。傳感器電極可以是保險杠的組成部分，或者粘貼于或用固定件固定于保險杠內(nèi)側(cè)。此外，傳感器電極可以在用于制造保險杠的注射成型過程中已經(jīng)得到處理。其中，電容式傳感器在保險杠內(nèi)部可以空間分離布置，即第一電容式傳感器位于保險杠的豎向延伸區(qū)域，第二電容式傳感器則優(yōu)選安裝于后保險杠的下部區(qū)域。
[0009]本發(fā)明的要點在于，用于控制和分析傳感器電極的控制分析裝置采用電極特定的可變脈沖率。
[0010]與現(xiàn)有裝置不同的是，所述檢測裝置的傳感器電極的輪詢頻率是電極特定的，也就是可以針對每個電極或至少兩組電極來進行個別確定和更改。亦即，傳感器陣列中的一或多個電極的脈沖/頻率(例如每隔30ms)可以高于其他電極(例如每隔90ms)。
[0011]減小輪詢頻率能直接產(chǎn)生降低能耗的效果。在脈沖減小、而又未在較長時間內(nèi)中斷輪詢的情況下，即使在脈沖頻率較低的情況下也能確保電極隨時得到校準。這種校準是電容式傳感器用來改善識別精度的一項措施，它將汽車周圍的外部條件(例如溫度、空氣濕度、降水等等)常常發(fā)生變化這一情況考慮在內(nèi)。據(jù)此，本發(fā)明這樣來選擇降低頻率的輪詢，使得外部區(qū)域出現(xiàn)變化的時間長于每個電極的兩次測量之間的時間。但為此可能出現(xiàn)數(shù)十毫秒至好幾秒的測量間隔。
[0012]每個電極(即也包括輪詢脈沖減小的電極)輪詢時提供值，以校準為目的對這些值進行時間性分析，例如求滑動平均值(視情況利用時間性權(quán)重)。檢驗信號時將這個關(guān)于已過去時間段的平均值例如作為偏差值予以扣除。這樣能隨時保持待檢測事件的檢測靈敏度。在此情況下確定與滑動平均值的明顯偏差。
[0013]本發(fā)明不僅可以針對不同電極規(guī)定不同的電極輪詢頻率，還能在運行過程中更改電極輪詢頻率。當需要進行時間性臨界檢測時，根據(jù)任意事件/起因提高單個電極的輪詢脈沖。在未發(fā)生相應(yīng)事件的情況下減小脈沖率。
[0014]本發(fā)明通過所述控制裝置使其中一電極以高于其余電極的脈沖進行工作并得到分析，即便在其他電極以減小頻率運行的情況下也是如此。當這個電極被觸發(fā)時，其他電極可以較高脈沖工作。也就是說，這個被稱作主電極或喚醒電極的電極用于以較低脈沖工作的其余電極的觸發(fā)器。另一方面，如果在規(guī)定時間內(nèi)未檢測到一或多個電極受到操控，這些電極就可以較低頻率工作。其中，每個電極均可以根據(jù)其在車輛上的布置方式具有不同的節(jié)能運行(經(jīng)濟模式)頻率和喚醒運行(提示模式)頻率。
[0015]傳感器電極的分析方式可任意選擇，要點在于檢測傳感器電極的電容變化?？梢酝ㄟ^以下方案來實現(xiàn)這一檢測:控制電路以規(guī)定頻率為傳感器電極周期性充放電，并且對與第一傳感器電極的周期性充放電有關(guān)的電流特性曲線或電壓特性曲線的至少一個參數(shù)進行分析以檢測電容變化?？刂齐娐穼嵤┲芷谛猿浞烹姷姆绞嚼缡?，控制電路以規(guī)定頻率將傳感器電極周期性地反復(fù)與規(guī)定電位(例如工作電壓電位)耦合。所述電壓特性曲線例如可以是第一傳感器電極的接頭上的電壓特性曲線。所述參數(shù)例如可以是在收集電荷的電容器上測得的電壓，或者是在第一傳感器電極上測得的電壓超過開關(guān)閾值之前的一定的充放電周期數(shù)。
[0016]本發(fā)明的陣列和相關(guān)方法可以使用傳感器電極來監(jiān)測不同的、視情況相重疊的空間區(qū)域。為此，傳感器電極可以采用相同設(shè)計，或者也可以采用不同設(shè)計。
[0017]所述傳感器電極陣列例如布置在后保險杠中，以便監(jiān)測保險杠后方和保險杠下方的區(qū)域。反復(fù)輪詢第一傳感器電極的信號模式和其他傳感器電極陣列的信號模式(例如作為對無鑰匙進入系統(tǒng)檢測到ID發(fā)送器的反應(yīng))。用戶的規(guī)定姿勢(例如朝保險杠下方做假踢動作)應(yīng)當引發(fā)打開或關(guān)閉過程。為此檢測傳感器電極的信號序列并且與表明裝置受到明確操控的信號序列進行比較。
[0018]但從中可以看出，沒有必要對所有檢測區(qū)域都進行連續(xù)的高頻輪詢。這是因為，只有在多個電極的數(shù)據(jù)一致(例如不同電極的信號序列相配)時才能檢測操控。最初感應(yīng)到用戶身體部位(例如腳部)的檢測區(qū)域只從屬于電極的一個子組。該腳部在繼續(xù)運動時進入其他檢測區(qū)域。通過本發(fā)明可以較高頻率輪詢電極的一個組。當在這些電極上記錄到可能的操控時，將處于節(jié)能模式的其他電極喚醒并提高其輪詢頻率。借此將這部分電極的能量需求減小至既能實現(xiàn)節(jié)能又能確保這部分電極隨時得到校準(這一點是切斷操作無法實現(xiàn)的)的程度。至于哪個電極以高于其余電極的頻率進行工作，這取決于電極在車輛上的布置方式和具體的檢測需要?？梢詫⒁粋€電極用作高頻喚醒電極，由其作為第一個檢測到用戶接近的電極，但是如果正在接近的人根本無意實施操作(路過的行人)，就會頻繁地發(fā)生誤喚醒。另一方面可以將某一傳感器電極同步成喚醒電極，用其監(jiān)測可及性較差的區(qū)域，例如車輛下方。這能減少誤激活次數(shù)或減少提高其余電極脈沖的次數(shù)，但會造成延時，甚至?xí)e過操控。但是，用戶或養(yǎng)護人員可以通過車載系統(tǒng)來設(shè)定期望的運行方式。舉例而言，如果想要達到最大節(jié)能度，就可以使電極陣列在一段規(guī)定時間(例如數(shù)小時)后轉(zhuǎn)入節(jié)能模式，而只讓一個電極在喚醒或高頻模式下工作。其他電極減慢若干個數(shù)量級，例如減慢3倍、10倍或50倍。如果將這樣的車輛連續(xù)多日停放于某一場所(例如機場)，可以大幅減小能量需求。但所有電極均隨時保持已校狀態(tài)，即使在頻率較低時也是如此。但用戶返回后可能需要將運動姿勢實施兩次，因為脈沖減小的電極無法進行分辨率足夠高的時間分辨檢測。但是，喚醒電極檢測第一姿勢并且使其他電極進入喚醒狀態(tài)，以便能正常檢測到第二運動姿勢。如果喚醒過程進行得夠快，也能檢測到第一操控過程。
[0019]本發(fā)明的裝置能實現(xiàn)不同的分析方式，一方面是通過兩個電極的信號強度，另一方面是通過信號序列。尤其是可以監(jiān)測哪個電極是第一個對狀態(tài)變化產(chǎn)生反應(yīng)的電極。通過已知的關(guān)于電極的空間布置方案，可以實現(xiàn)區(qū)分。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，所述控制分析裝置根據(jù)其他電極的分析結(jié)果改變單個電極的控制和分析的脈沖率。
[0021]使單個電極的脈沖變化與其他電極的檢測產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，這能改善能效。如前所述，可以將持續(xù)高脈沖的喚醒電極作為同步化其他電極的標準。在此情況下，這些其他電極的脈沖率減小，這一點不受這些其他電極的檢測影響。亦即，不但減小無信號電極的脈沖頻率，也可以將反復(fù)提供信號的電極轉(zhuǎn)換至節(jié)能模式。這在喚醒電極布置于可及性較差的監(jiān)測區(qū)域以監(jiān)測車輛保險杠下方區(qū)域的情況下特別有益。如此一來，即使在熱鬧環(huán)境(例如頻繁有行人往來的停車樓)中也能通過喚醒電極達到節(jié)能目的，因為行人即便穿越其他電極的檢測區(qū)域，也不會觸發(fā)喚醒電極。
[0022]本發(fā)明一個特別優(yōu)選的技術(shù)方案是，當對主傳感器電極(喚醒電極)的分析結(jié)果表明在一段規(guī)定時間內(nèi)沒有操控時，利用所述控制分析裝置來減小副電極的控制脈沖率。
[0023]電極脈沖率的減小與全部電極或相關(guān)電極未提供檢測結(jié)果有關(guān)，而對喚醒電極的檢測結(jié)果是進行簡單的時間監(jiān)測。如果在規(guī)定時間(數(shù)小時)內(nèi)未檢測到明顯的信號變化，就減小其他電極的檢測頻率。這種時間監(jiān)測也可以分多階段進行，在一或多天無檢測結(jié)果后可進一步減小其他頻率的脈沖。也可以一段規(guī)定時間后將喚醒電極的脈沖減小至較低的值。此外，本發(fā)明的任何一項技術(shù)方案均可以使節(jié)能模式的切換與其他車輛參數(shù)(例如車輛閉鎖)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，與(脈沖減小的)副傳感器電極相比，喚醒傳感器電極與被監(jiān)測的檢測區(qū)域的距離更近。
[0025]這項技術(shù)方案的重點在于隨時都能進行可靠的檢測，而不必重復(fù)實施操控來激活全部電極(見上)。這個方案的節(jié)能潛力不大，因為檢測區(qū)域的作用范圍較大，其誤觸發(fā)喚醒電極的概率高于檢測區(qū)域可及性較差的電極。但也可以通過在車載系統(tǒng)中進行設(shè)置來將這個方案作為上述模式的替代模式。
[0026]本發(fā)明在汽車上檢測用戶的接近和運動姿勢的方法對上述類型的電容式傳感器陣列和至少一個與該傳感器陣列耦合的控制裝置加以利用。作為傳感器陣列的組成部分，將至少兩個傳感器電極布置于車輛的不同位置上。監(jiān)測傳感器陣列相對于基準電位的電容變化。通過以第一脈沖率對第一傳感器電極進行同步控制和輪詢，為第一傳感器電極充放電并記錄電流特性曲線或電壓特性曲線。分析該電流特性曲線或電壓特性曲線以檢測第一傳感器電極的電容變化。
[0027]如果分析結(jié)果為沒有明顯的信號響應(yīng)(即可以表明用戶實施操作的信號響應(yīng))，就檢驗第一電極上已有多長時間沒有檢測。如果在規(guī)定的最短時間(時間段Mt)內(nèi)未獲得過明顯的信號響應(yīng)，就將傳感器陣列中其他傳感器電極的控制脈沖率減小至減小的脈沖率。
[0028]但如果獲得了明顯的信號響應(yīng)，就提高傳感器陣列中這些此前以減小的脈沖率受至IJ控制的其他傳感器電極的控制脈沖率。
[0029]有益和/或優(yōu)選實施方式包含于從屬權(quán)利要求的特征部分。
[0030]下面參照附圖詳細說明本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1a為本發(fā)明傳感器陣列的第一實施方式在汽車上的布局；
[0032]圖1b為圖1所示布局的俯視示意圖；
[0033]圖1c為圖1a和圖1b所示布局的俯視示意圖，同時示出檢測區(qū)域；
[0034]圖2為兩個傳感器電極的信號序列示意圖。
【具體實施方式】
[0035]圖1a示出車輛I的尾部。后保險杠區(qū)域裝有傳感器電極陣列2。傳感器電極陣列2下方(即距離地面較近處)設(shè)有其他傳感器電極3。傳感器電極2和3分別與控制分析裝置5連接(見圖1B)。該控制分析裝置又與中央車輛控制單元4耦合，該中央車輛控制單元控制車輛后蓋的打開并使其能夠被打開。電極由裝置5充電，電極在物體(例如用戶的身體部位)接近時會發(fā)生電容變化，可以通過荷電分析來檢測該電容變化。這種電容式傳感器原理在汽車【技術(shù)領(lǐng)域】屬于已知技術(shù)。
[0036]傳感器電極陣列3大體平行于電極2。電極2和3在此從頭至尾具有大體恒定的靈敏度。也可以將其中一個電極或者這兩個電極都構(gòu)造成檢測靈敏度沿縱向變化的分段式電極，即在保險杠的延伸方向上具有若干檢測靈敏度變化的區(qū)域。
[0037]當有操作意向時，用戶可以將其小腿擺動到保險杠下方。這個動作和這一接近既被電極陣列2又被傳感器電極3檢測到，因為電容變化在時間上被反復(fù)輪詢并且被加以分析。通過反復(fù)輪詢測定每個電極的電容。在本實施例中，所有電極的輪詢頻率最初都為30Hz。但上述操作將在每個電極中引發(fā)在時間和量上不同的信號響應(yīng)。
[0038]對分析裝置5所收集的電容值時序進行分析以檢測操作姿勢的特征。如果電極2的信號序列和電極3的信號序列都顯示出特征值，就向控制單元4發(fā)送信號。該控制單元記錄操作姿勢并啟動授權(quán)輪詢。在授權(quán)輪詢過程中對車輛周圍被授權(quán)用戶所攜帶的ID發(fā)送器進行輪詢。如果測定這樣的具有進入授權(quán)的ID發(fā)送器并輪詢成功后，就觸發(fā)行李箱蓋的打開。
[0039]但是，如果車輛被閉鎖并且在較長時間內(nèi)(在本實施例中超過六小時)未記錄電極3的信號響應(yīng)(該信號響應(yīng)表明這個電極受到操作)，控制分析裝置5就會轉(zhuǎn)入第一節(jié)能模式。在這個第一模式下，繼續(xù)以30Hz的頻率輪詢電極3，而僅以5Hz的頻率輪詢電極2。這個減小的頻率能降低這個電極的必要供能，卻能確?？刂品治鲅b置5每秒鐘從這個電極獲得五個值。在這部分值的基礎(chǔ)上可以對這個電極進行連續(xù)追蹤式校準。當泊著的汽車周圍開始下雨時，電極的電容值將會發(fā)生變化，但變化速度緩慢到可以毫無問題地進行校準追蹤。例如通過在最后檢測到的25個值(5秒)上求滑動平均值來進行校準。可以將這個平均值作為偏差從當前測量值中扣除。
[0040]如果在明顯更長的時間(例如三天)內(nèi)未在電極3上檢測到操作(并且車輛也未通過其他訪問手段(例如經(jīng)由駕駛側(cè)門)被解鎖)，就可以進一步減小電極3和電極2的檢測頻率。例如將電極3的輪詢頻率減小至10Hz，電極2的頻率保持在5Hz。但是在這種情況下，在未預(yù)先通知車輛(例如通過ID發(fā)送器)而實施操作時，可能需要多次實施某一操作姿勢，因為首先必須喚醒電極陣列。但電極隨時處于已校狀態(tài)，即使在檢測脈沖減小的情況下也是如此。
[0041]圖1C是從另一視角繪制的布局圖。此處示出電極3的檢測區(qū)域3a和電極2的檢測區(qū)域2a。用戶的小腿6為象征性示出。從圖中可以看出，用戶已位于檢測區(qū)域2a，但未位于檢測區(qū)域3a。如果用戶6是路過的行人，則這一接近還不會喚醒傳感器電極，因為電極3在本實施例中被構(gòu)造成喚醒電極或觸發(fā)電極，它的偶然或意外觸發(fā)概率低于電極2。然而至于將哪個電極用作高脈沖觸發(fā)電極，這可以通過在車輛的車載系統(tǒng)中確定不同的輪詢模式來加以規(guī)定，具體是看想要達到最高節(jié)能率還是最大識別度。如果選用電極2作為喚醒電極，圖中所示的接近就會喚醒所有的傳感器電極，其中隨時處于已校狀態(tài)的電極即刻進入檢測備用狀態(tài)。
[0042]圖2示出包含兩個傳感器電極的傳感器陣列的可能的信號序列摘錄。信號強度或電容沿時間軸t示出。
[0043]視圖背景部分(較淡的陰影線)為電極3的信號，前景部分(較深的陰影線)為電極2的信號。
[0044]首先以相同頻率輪詢這兩個電極。到時間點tl時，在閉鎖車輛后已經(jīng)過去一段等待時間Mt，電極2的輪詢頻率被減小至電極3的頻率的三分之一。借此降低系統(tǒng)能耗。
[0045]到時間點t2時陣列的環(huán)境條件發(fā)生變化，例如開始下雨。兩個電極的偏差值都變大，但這將兩個電極的連續(xù)校準都考慮在內(nèi)。由于電極2也受到輪詢(雖然以較低頻率)，因此也一并得到校準，偏差值隨時得到更新以便能檢測操控。隨時為兩個電極計算滑動平均值，這些滑動平均值示范性示出。
[0046]如圖所示，到時間點t3時電極2中出現(xiàn)明顯的信號變化。但這個電極不是喚醒電極并且在電極3上未檢測到明顯變化，因此電極3保持脈沖減小模式。從車輛旁邊經(jīng)過的路人可能引發(fā)這個過程。
[0047]到時間點t4時電極3出現(xiàn)明顯變化，這表明可能受到操控。電極2的輪詢脈沖立即提高，以便能檢測操控。輪詢成功時，在中央控制裝置的控制下打開行李箱。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在汽車上檢測用戶的接近和運動姿勢的傳感器陣列，包括: 電容式傳感器陣列(2，3)和至少一個與所述傳感器陣列耦合的控制裝置(5)，所述控制裝置檢測所述傳感器陣列的電容變化， 所述傳感器陣列具有至少兩個布置在所述汽車上的空間偏移位置上的傳感器電極陣列(2，3)，其中，所述傳感器電極(2，3)被構(gòu)造成長條形電極陣列且以相同的空間定向進行布置， 其中，所述控制分析裝置設(shè)計用于以規(guī)定的時間間隔對所述傳感器電極進行同步控制， 其特征在于，所述用于控制和分析所述傳感器電極的控制分析裝置采用可變的、因電極而異的脈沖率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器陣列，其中，所述控制分析裝置根據(jù)其他電極的分析結(jié)果改變單個電極的控制和分析的脈沖率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器陣列，其中，其中一所述電極作為主傳感器電極可由所述控制分析裝置以第一脈沖率進行控制和分析，至少一個副電極可根據(jù)所述主傳感器電極的信號分析結(jié)果以較低的第二脈沖率加以控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器陣列，其中，所述控制分析裝置設(shè)計用于在對所述主傳感器電極的分析結(jié)果表明在規(guī)定時間內(nèi)沒有操控的情況下減小所述副電極的控制脈沖率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中任一項權(quán)利要求所述的傳感器陣列，其中，與所述副傳感器電極相比，所述主傳感器電極與被監(jiān)測的檢測區(qū)域的距離更近。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的傳感器陣列，其中，至少一個所述傳感器電極布置在汽車的保險杠中。
7.一種在汽車上檢測用戶的接近和運動姿勢的方法，其中設(shè)有電容式傳感器陣列(2，3)和至少一個與所述傳感器陣列耦合的控制裝置(5)，所述控制裝置檢測所述傳感器陣列的電容變化，其中，至少兩個傳感器電極陣列(2，3)布置在所述汽車上的空間偏移位置上，其中所述傳感器電極(2，3)被構(gòu)造成長條形電極陣列且以相同的空間定向進行布置， 具有以下步驟: 以第一脈沖率對第一傳感器電極進行同步控制和輪詢，其中為所述第一傳感器電極充放電并記錄電流特性曲線或電壓特性曲線， 分析所述電流特性曲線或電壓特性曲線以檢測所述第一傳感器電極的電容變化， 在分析結(jié)果為沒有明顯的能表明用戶接近檢測區(qū)域的信號響應(yīng)的情況下， 如果在規(guī)定的最短時間內(nèi)未獲得過明顯的信號響應(yīng)，就將所述傳感器陣列中其他傳感器電極的控制脈沖率減小至減小的脈沖率； 如果獲得了明顯的信號響應(yīng)，就提高所述傳感器陣列中還以減小的脈沖率受到控制的其他傳感器電極的控制脈沖率。
【文檔編號】E05F15/00GK103620148SQ201280029913
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】彼得·范·加斯特爾, 貝恩德·格德斯 申請人:胡夫·許爾斯貝克和福斯特有限及兩合公司