Einrichtung zur Erfassung von Hindernissen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Hindernissen zwischen einem ersten und zweiten Element, die relativ zueinander beweglich angeordnet sind, mit Hinderniserfassungssensoren und einer Auswerteeinheit.

Beispielsweise bei Kraftfahrzeugen stellt die motorische Bewegung von zwei relativ zueinander beweglichen Elementen, wie beispielsweise eine Seitenscheibe in einer Fahrzeugtür, ein besonderes Problem dar, dass bereits auf vielfältige Weise gelöst worden ist.

So ist beispielsweise in der DE 199 04 455 A1 ein Einklemmschutz für automatisch schließbare Fensterscheiben von Kraftfahrzeugen beschrieben, bei der ein Ultraschallerzeuger und ein Ultraschallsensor beabstandet voneinander an einer Fensterscheibe angebracht sind. Das Glas der Fensterscheibe wird als übertragungsmedium genutzt und der Amplitudenfrequenzgang des Ultraschallsensors wird durch Vergleich mit einem

Referenzamplitudenfrequenzgang ausgewertet.

Weiterhin ist beispielsweise aus der DE 197 10 338 A1 bekannt, eine für die Belastung eines Antriebs-Elektromotors charakteristische Motorkenngröße kontinuierlich zu erfassen und auszuwerten, um ein Einklemmereignis zu erkennen.

Mechanische Lösungen zum Einklemmschutz sind beispielsweise in der DE 43 31 177 C2 beschrieben. Dort ist ein Einklemmschut∑ für eine Schwenkschiebetür eines Fahrzeuges offenbart, bei dem eine Abdeckung für eine Klemmkante um eine zur Klemmkante parallele Achse drehbar ist. Beim Schließvorgang der Tür wird der freie Rand der Abdeckung aus dem Bereich der Klemmkante in die Position eines Sicherheitsabstandes gedreht.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Erfassung von Hindernissen zwischen einem ersten und zweiten Element zu schaffen, die relativ zueinander beweglich angeordnet sind.

Die Aufgabe wird mit der Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

- die Hinderniserfassungssensoren eine Vielzahl auf unterschiedliche

Frequenzbereiche abgestimmte Hochfrequenzantennen sind, die an dem ersten Element angeordnet und auf das relativ zu dem ersten Element beweglich angeordnete zweite Element derart ausgerichtet sind, dass eine von einer Hochfrequenzantenne ausgestrahlte elektromagnetische Hochfrequenzstrahlung durch das zweite

Element reflektiert und an die Hochfrequenzantennen zum Empfang zurückreflektiert wird, und dass

- die Auswerteeinheit zur Beaufschlagung der einzelnen Hochfrequenzantennen über eine Messperiode nacheinander mit

Detektionssignalen unterschiedlicher Frequenz und Auswertung der mit den Hochfrequenzantennen empfangenen reflektierten

Detektionssignalen in Abhängigkeit von der jeweiligen Frequenz des

Detektionssignals und der räumlichen Lage der mindestens einen auf diese Frequenz abgestimmten Hochfrequenzantenne zur

Hindemiserfassung eingerichtet ist.

Die Nutzung von Hochfrequenzantennen als Hinderniserfassungssensor ist sehr preiswert und ermöglicht eine zuverlässige Hindemiserkennung durch die Verstimmung des reflektierten Empfangssignals durch ein Hindernis. Die Lage des Einklemmereignisses kann durch eine Vielzahl unterschiedlich abgestimmter Hochfrequenzantennen einfach erfasst werden, indem die

Hochfrequenzsensoren in einer Messperiode nacheinander mit unterschiedlichen Frequenzen als Detektionssignal beaufschlagt werden. Auf diese Weise werden nur diejenigen Hochfrequenzsensoren aktiv, die auf die entsprechende Frequenz abgestimmt sind, und es können Hindernisse zwischen gelenkig miteinander verbundenen Elementen, wie z. B. Türen und Klappen an Fahrzeugen, erkannt werden. Durch die unterschiedliche Anpassung der Hochfrequenzantennen ist es auch möglich eine während des Schließ- und öffnungsvorganges auftretende Distanzänderung, beispielsweise bei Schiebetüren oder ähnlichem auszugleichen.

Die Einrichtung ist insbesondere in Verbindung mit aktuatorisch betätigten Elementen einsetzbar, wie motorisch schließbare Fahrzeugtüren. Dann ist die Auswerteeinheit mit der Ansteuereinheit für die Aktoren verbunden, um im Falle eines Hindernisses den Schließvorgang zu unterbrechen und ggf. in einen öffnungsvorgang umzukehren.

Eine Erkennung von Hindernissen kann sehr einfach und zuverlässig ohne Referenzwerte erfolgen, wenn Hindernissensoren in Gruppen signalsymmetrisch so aufgebaut sind, dass die Hochfrequenzantennen einer Gruppe jeweils im ungestörten Zustand bezogen auf die Messposition zur vergleichbaren empfangenen reflektierten Detektionssignalen führen. Durch Vergleich der empfangenen reflektierten Detektionssignale der Hochfrequenzantennen einer Gruppe miteinander kann dann ein Hindernis erkannt werden, wenn die Detektionssignale voneinander abweichen.

In einer Ausführungsform sind die Hochfrequenzantennen einer Gruppe jeweils raumsymmetrisch angeordnet, so dass während des Bewegungsablaufes der zwei Elemente relativ zueinander auf Grund der symmetrischen Anordnung der Hochfrequenzantennen die jeweils gleichzeitig angesprochenen Hochfrequenzantennen im ungestörten Zustand vergleichbarer reflektierte Detektionssignale empfangen. Das heißt, dass die Position der Hochfrequenzantennen und ggf. die Ausrichtungen und Dämpfung so

abgestimmt sind, dass bei gleichzeitiger Beaufschlagung mindestens zweier Hochfrequenzantennen an zwei unterschiedlichen Positionen von den zugeordneten Hochfrequenzantennen vergleichbare reflektierte Detektionssignale empfangen werden.

Eine Gruppe von Hochfrequenzantennen kann beispielsweise aus zwei Hochfrequenzantennen oder vier Hochfrequenzantennen bestehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Frequenzbereiche der Hochfrequenzantennen in Abhängigkeit von dem sich über die Messperiode planmäßig verändernden Abstand zwischen dem ersten und zweiten Element abgestimmt sind.

Die Position des Hindernisses kann erkannt werden, wenn zusätzlich der Schließwinkel zwischen ersten und zweiten Element bzw. die Laufzeit des Schließvorgangs gemessen und in Verbindung mit der Hinderniserkennung mit Hilfe der Hochfrequenzantennen ausgewertet wird.

Für den Fall einer Fahrzeugtür oder Fahrzeugklappe erfolgt die Messung zunächst dann in den Bereichen, in dem die Elemente relativ nah nebeneinander liegen. Während des Schließvorgangs, dessen Ablauf insbesondere bei aktuatorisch betätigten Elementen vorgegeben ist, kann der

Ort der Messung durch die unterschiedlich abgestimmten

Hochfrequenzantennen und durch die während der Messperiode, dass heißt der Zeitdauer des Schließvorgangs, geänderten Frequenzen des

Detektionssignals an die jeweils zur Erfassung von Hindernissen kritischen

Bereiche verlagert werden. Es ist aber auch denkbar, dass während des

Schließvorgangs, periodisch wiederkehrend, ein von den

Hochfrequenzsensoren abgedeckter Bereich abgescannt wird, um Hindernisse zu detektieren.

Die Hochfrequenzantennen sind vorzugsweise auf die Richtcharakteristik des ersten und/oder zweiten Elementes abgestimmt. Das heißt, dass die Hochfrequenzantennen individuell beispielsweise an die Fahrzeugkarosserie oder die Türen bzw. Klappen abgestimmt sein sollten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Hochfrequenzantennen auf einem Trägerelement hintereinander mit dazwischen liegenden Filterelementen angeordnet sind. Dies ermöglicht eine vereinfachte Verschaltung und Beaufschlagung der Sensoren über eine einzige Zuleitung zur Aussendung des Detektionssignals und einer einzigen Empfangsleitung zur Auswertung der empfangenen reflektierten Detektionssignale. Durch die unterschiedliche Abstimmung der Hochfrequenzantennen und die Beaufschlagung mit Detektionssignalen, die auf über die Messperiode variierende Frequenzen eingestellt sind, ist eine Einzelansteuerung oder ein Multiplexverfahren nicht erforderlich.

Die Hochfrequenzantennen und Filterelemente können beispielsweise als Leitungsstrukturen auf einer Trägerfolie oder einem Dichtungsband appliziert sein. Sie können beispielsweise aus Kupferbahnen geätzt sein, die auf eine Trägerfolie aufgebracht sind. Auch das Bedampfen einer Trägerfolie mit metallisch leitendem Material ist denkbar. Auf diese Weise ist eine preiswerte Herstellung der Hinderniserfassungssensoren möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelement eine gewölbte Außenseite hat und die Hochfrequenzantennen derart auf dem Trägerelement angeordnet sind, dass jeweils der Empfangsteil einer Hochfrequenzantenne durch die gewölbte Außenseite eine andere Richtcharakteristik als der Sendeteil der entsprechenden Hochfrequenzantenne hat. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Sendeantenne von der Empfangsantenne wegstrahlt und damit sichergestellt wird, dass die Empfangsantennen nur ein reflektiertes

Detektionssignal erfassen und nicht während des Aussenden des

Detektionssignals eine übersteuerung des Empfangssignals bzw. einer in der Auswerteeinheit integrierten Empfangseinheit auftritt.

Die Detektionssignale sollten vorzugsweise auf Einzelfrequenzen im Bereich von 800 MHz bis 50 GHz abgestimmt sein. Die Einzelfrequenzen werden dann in einer Messperiode in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Frequenzabständen in dem genannten Bereich variiert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Detektionssignale auf Einzelfrequenzen von 1 ,8 bis 2,8 GHz abgestimmt sind. Diese Wellenlänge ist insbesondere für die Detektion von Hindernissen zwischen Türen und Klappen von Fahrzeugen aufgrund ihrer Wellenlänge geeignet. Die Differenz der Abstimmfrequenz benachbarter Hochfrequenzantennen sollte vorzugsweise im Bereich zwischen

200 kHz bis 1 ,5 MHz liegen. Damit kann ein ausreichender Abstand zwischen den mit Bandpassfiltern abgestimmten Hochfrequenzantennen unter

Berücksichtigung der bei preiswerter Herstellung der Hochfrequenzsensoren auftretenden Toleranzen der Bandpassfilter sichergestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - Blockdiagramm einer Einrichtung zur Erfassung von Hindernissen;

Figur 2 - Skizze der Ansicht eines Hecks eines Kraftfahrzeuges mit Hinderniserfassungssensoren;

Figur 3 - Skizze einer Seitenansicht des Heckbereichs des Kraftfahrzeugs aus der Figur 2.

Die Figur 1 lässt ein Blockdiagramm einer Einrichtung 1 zur Erfassung von Hindernissen erkennen, die sich zwischen zwei relativ zueinander beweglichen angeordneten Elementen, wie beispielsweise einer Fahrzeugtür oder -klappe oder einer Fahrzeugkarosserie befinden.

Die Einrichtung 1 hat eine Auswerteeinheit 2 mit einer Sendeeinheit 3 und einer Empfangseinheit 4 zum Senden und Empfangen hochfrequenter Detektionssignale. Die hochfrequenten Detektionssignale werden auf jeweils definierte Einzelfrequenzen eingestellt.

Die Steuerung der Einrichtung 2 und die Auswertung von empfangenen Detektionssignalen erfolgt mit einer Steuerungs- und Auswertelogik 5, die als Ergebnis ein Signal H als Kennzeichen, ob ein Hindernis erkannt wurde oder nicht, ausgibt.

Die Sendeeinheit 3 ist mit einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Sende-Hochfrequenzantennen 6a verbunden, die jeweils mit Bandpassfiltern 7 auf eine spezifische Frequenz abgestimmt sind. Entsprechend ist die Empfangseinheit 4 mit einer Reihe hintereinander angeordneten Empfangs- Hochfrequenzantennen 6b verbunden, die ebenfalls mit Bandpassfiltern 8 auf

dieselbe spezifische Frequenz einer zugeordneten Sende- Hochfrequenzantenne 6a abgestimmt sind.

Auf diese Weise bilden ein Paar von Sende- und Empfangs- Hochfrequenzantennen 6a, 6b eine gemeinsame Hochfrequenzantenne 6. Hierzu kann beispielsweise die Sende-Hochfrequenzantenne 6a von einer Struktur der Empfangs-Hochfrequenzantenne 6b umgeben sein oder umgekehrt.

Die Steuerungs- und Auswertelogik 5 ist so eingerichtet, dass in einer Messperiode die einzelnen Hochfrequenzantennen 6 nacheinander mit einem Detektionssignal beaufschlagt werden, indem die Frequenz des Detektionssignals auf die jeweilige Abstimmfrequenz der zu beaufschlagenden Hochfrequenzantenne 6 angepasst wird. Das heißt, dass die einzelnen Hochfrequenzantennen 6 auf unterschiedliche Frequenzen mit den Bandpassfiltern 7, 8 abgestimmt sind und daher nur auf die Detektionssignale mit entsprechender Frequenz ansprechen.

Auf diese Weise kann das Vorliegen von Hindernissen in einer Messperiode nacheinander durch Abscannen eines Messbereichs mit den Hochfrequenzantennen 6 erfasst werden. Hierzu ist nur eine einzige Sendeleitung von der Sendeeinheit 3 zu den Sende-Hochfrequenzantennen 6a und eine einzige Empfangsleitung von den Empfangs-Hochfrequenzantennen 6b zu der Empfangseinheit 4 erforderlich.

Die Hochfrequenzantennen 6 sind vorzugsweise in Gruppen signalsymmetrisch angeordnet, wobei beim Abscannen eines Messbereiches in einer Messperiode pro Messschritt mindestens zwei Sende-Hochfrequenzantennen 6a gleichzeitig beaufschlagt werden. Diese Signal-Hochfrequenzantennen 6a und zugeordneten Empfangs-Hochfrequenzantennen 6b sind räumlich so ausgerichtet und elektrisch so abgestimmt, dass die im ungestörten Zustand bezogen auf die Messposition durch die Empfangs-Hochfrequenzantennen 6b

einer Gruppe empfangenen reflektierten Detektionssignale miteinander vergleichbar sind, so dass bei unterschiedlichen empfangenen reflektierten Detektionssignalen das Vorliegen eines Hindernisses erkannt wird. Damit entfällt die Notwendigkeit, Referenzsignale zu berücksichtigen. Auch werden Störungen beispielsweise durch Mobiltelefone oder sonstige Störsender eliminiert, die gleichermaßen auf die Empfangs-Hochfrequenzantennen 6b einer Gruppe einwirken.

Die Signalsymmetrie kann erreicht werden, indem gleichermaßen elektrisch abgestimmte Hochfrequenzantennen 6 einer Gruppe raumsymmetrisch angeordnet sind und ausgerichtet sind, so dass sie während des

Bewegungsablaufes der beiden

Elemente relativ zueinander bei gleichzeitigem Abstrahlen identischer

Detektionssignale im ungestörten Zustand zu identisch reflektierter Detektionssignale aufnehmen.

Die Figur 2 lässt eine Skizze eines Hecks eines Kraftfahrzeuges 9 erkennen. Im Anlagebereich einer Heckklappe 10, die an die Fahrzeugkarosserie 11 angelenkt ist, an die Fahrzeugkarosserie 11 sind eine Vielzahl von Hochfrequenzantennen 6 angebracht. Die Hochfrequenzantennen 6 sind nach außen so ausgerichtet, dass abgestrahlte Detektionssignale von der Heckklappe 10 reflektiert werden, wenn diese geschlossen wird. Die reflektierenden Detektionssignale werden von den Empfangs- Hochfrequenzantennen 6b aufgenommen und von der Auswerteinheit 2 hinsichtlich einer möglichen, sich ändernden Dämpfungscharakteristik ausgewertet.

Die Hochfrequenzantennen 6 können beispielsweise auf einem Trägerband appliziert sein, das auf die Fahrzeugkarosserie 11 aufgebracht ist. Das Trägerband kann beispielsweise eine mit einer metallischen Leiterbahn beschichtete Folie sein, wobei die Hochfrequenzantennen 6 und die

zugeordneten Bandpassfilter 7, 8 durch ätzen der metallischen Leiterschicht appliziert sind.

Es ist aber auch denkbar, dass die Hochfrequenzantennen 6 und die zugehörigen Bandpassfilter 7, 8 in ähnlicher Weise in ein Dichtungsband integriert sind.

Optional können die Hochfrequenzantennen 6 mit zugeordneten Bandpassfiltern 7, 8 auch an einem Anlagebereich der Heckklappe 10 angebracht werden, der im geschlossenen Zustand an die Fahrzeugkarosserie 11 angrenzt.

Die Anordnung der Hochfrequenzantennen 6 ist ebenfalls so zu wählen, dass von den Hochfrequenzantennen 6 abgestrahlte Detektionssignale von der Fahrzeugkarosserie 11 beim Schließvorgang der Tür oder Klappe 10 reflektiert werden und von den jeweiligen Empfangs-Hochfrequenzantennen 6b aufgenommen werden können.

Die Figur 3 lässt nochmals eine Seitenansicht des Kraftfahrzeuges 9 erkennen. Es wird deutlich, dass die Klappe 10 mit einem Motor 12 verschwenkt wird.

Die Frequenz der Detektionssignale sollte dann in einer Messperiode in Abhängigkeit von dem sich über die Messperiode planmäßig verändernden Abstand zwischen der Klappe 10 und der Fahrzeugkarosserie 11 abgestimmt sein, so dass nacheinander die Hochfrequenzantennen 6 angesteuert werden, an deren Position eine Reflektion durch die Klappe 10 während des Schließvorgangs auftritt und der Abstand zwischen Klappe 10 und Fahrzeugkarosserie 11 noch ausreichend ist, um bei Erkennung eines Hindernisses einem Einklemmen durch Stoppen oder Reversieren des Antriebs entgegenzuwirken.

Die Detektionssignale sind vorzugsweise auf Einzelfrequenzen im Bereich von 800 MHz bis 50 GHz abgestimmt. Der untere Bereich kann wie auch der obere Bereich je nach Anforderung anders gewählt werden, beispielsweise 1 ,2 GHz, 1 ,4 GHz, 1 ,6 GHz oder 1 ,8 GHz für den unteren Bereich und 20 GHz, 10 GHz, 5 GHz, 3 GHz oder 2,8 GHz für den oberen Bereich.

Der Frequenzabstand zwischen den benachbarten Hochfrequenzantennen 6 sollte aus dem Bereich von 200 kHz bis 1 ,5 MHz gewählt werden. Die Auswahl der Frequenzen ist relativ toleranzunkritisch, so dass Toleranzen im Bereich von 10 bis 50 kHz problemlos in Kauf genommen werden können. Das heißt, dass die Bandpassfilter 7, 8 nicht extrem steile Flanken haben müssen.