Verfahren zum Bereitstellen eines Einklemmschutzes für bewegte Teile eines

Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Verwirklichung eines Einklemmschutzes bei einem Cabriolet-Fahrzeug, und Einklemmschutzvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Einklemmschutzes für bewegte Teile eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung mindestens eines Sensors und eine Einklemmschutzvorrichtung.

Aus der DE 102 48 762 B4 ist ein Kraftfahrzeug mit einem verfahrbaren Verdeck bekannt, welches verschiedene Sensor-Prinzipien zur Erkennung eines Eingriffs in einen Bewegungsraum eines Verdeckmechanismus verwendet. Dabei wird nach dem Erkennen einer Störung einer der Detektionseinrichtungen oder nach dem Erkennen einer Einklemmsituation die Verdeckbewegung beeinflusst. Es soll dabei möglichst frühzeitig eine Eingriffssituation bzw. eine drohende Einklemmsituation in dem Verfahrbereich des Verdeckmechanismus erkannt werden und eine zuverlässige Abschaltung bzw. Bremsung des Verdecks erreicht werden. Hierzu wird im Wesentlichen vorgeschlagen, verschiedenartige Sensorsysteme gleichzeitig am Fahrzeug vorzusehen, damit auf Grund sich ergänzender Vorteile der einzelnen Sensorprinzipien in Summe eine zuverlässige Erkennung eines Einklemmschutzes erreicht ist. Vorgeschlagen werden der parallel Einsatz optischer Sensoren, eine Mikrowellenbasierte Sensorik, Ultraschall-Sensoren, Drucksensoren oder kapazitive Sensoren. Außerdem kann als mögliches Erkennungsprinzip die Messung und Auswertung der Stromaufnahme des Verdeckantriebs sein. Es wird weiterhin angegeben, eine optische Sensorik dahingehend auszubilden, dass Bildsensoren im Bereich einer A- Säule angeordnet sind, wobei die Bildsensoren schwarz/weiß-Kameras sind, die ei-

nen Fahrzeuginnenraum und einen hinteren Schwenkbereich des Verdecks aufnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Einklemmschutzes anzugeben, welches insbesondere ein verbessertes Früherkennen eines Einklemmfalles gewährleistet. Weiterhin soll ein Einklemmschutz angegeben werden, welcher kostengünstig und insbesondere mit am Markt erhältlichen Mitteln einfach verwirklichbar ist. Außerdem soll das Verfahren einfach umsetzbar und insbesondere andere Einklemmschutzverfahren ergänzend anwendbar sein.

Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung werden bekannte Lösungsansätze für einen Einklemmschutz dadurch effektiv erweitert, dass bereits das Betreten bzw. eine Annäherung an ein Fahrzeug erkannt und ausgewertet wird, wobei zu diesem Zweck Mikrowellen- Detektoren eingesetzt werden. Die Funktion einer Nahfeld- und Fahrzeuginnenraum- überwachung wird dabei ebenfalls ausgeführt.

Gegenüber akustischen Systemen, wie z.B. auf Ultraschall-Messstrecken aufbauenden Anordnungen, weist eine auf dem Einsatz von Mikrowellen basierende Lösung den Vorteil auf, dass sich Mikrowellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und damit wesentlich schneller als Schallwellen sind. Zudem sind Mikrowellen unempfindlich gegenüber Luftbewegungen, wie z.B. Wind. Zudem weisen Ultraschallwellen- Messungen Unsicherheiten hinsichtlich einer Bestimmung von Objektgrößen und Bewegungsrichtungen auf und sind durch Feuchtigkeit auf einer Wandleroberfläche leicht zu stören.

Zu optischen Systemen ist auf deren Störanfälligkeit bei höhere Partikelkonzentration im Medium Luft hinzuweisen, was durch Rauch, Wasserdampf oder witterungsbedingt auftretenden Nebel und durch Rauchen im Fahrzeuginnenraum im praktischen Einsatz relativ häufig auftritt. Negativen Einfluss haben aber auch Anteile des natürlich auftretenden sichtbaren Lichts in Form von Streulicht oder Reflektionen, die sie durch Schnee oder auch Spiegelungen auftreten können.

U.a. aus der WO 99/60629 A1 ist ein als Photomischdetektor bzw. PMD bezeichnetes Bauteil bekannt, das beispielsweise in der DE 101 40 096 A1 bei Anordnung als Knotenpunkt an einem Dachhimmel eines Fahrzeuges in Fahrtrichtung blickend als Hinderniswarnsystem eingesetzt wird. Ein PMD eignet sich zu einer sehr genauen Abstandsmessung bei Reichweiten von bis zu 10 m. Dazu arbeitet ein PMD nach dem Prinzip des Lichtlaufzeitverfahrens: Das ausgesandte Licht benötigt eine gewisse Zeitspanne, um zu einem Objekt und von dort als Reflektion zurück zu dem Sensor zu gelangen. Diese Zeitspanne ist direkt proportional zur zurückgelegten Distanz. Im Vergleich zu konventionelle Sensoren, die ebenfalls das Lichtlaufzeitverfahren verwenden, ist das Empfangselement des PMD Sensors in einem sog. System-on- Chip-Design ausgeführt: Sowohl Sensorelement, als auch die Elektronik zur Signalauswertung sind in einem einzigen Siliziumchip integriert. Dieses Design ermöglicht eine hohe Leistung in einem kompakten und schon direkt industrietauglichen Gehäuse. Dieses Halbleiterbauelement ermöglicht damit zusätzlich zum konventionellen Helligkeitsbild auch, Entfernungen direkt im Zuge einer eindimensionalen Messanordnung zu bestimmen. Ein besonderer Vorteil des PMD-Systems besteht darin, dass eine effiziente Unterdrückung von Fremdlicht, z.B. in Form der vorstehend genannten Streulicht- oder Sonneneinstrahlung, erreicht wird. Das aktive Sendersignal wird aus dem Umgebungslicht herausgefiltert und ermöglicht dadurch den Einsatz auch unter schwierigeren Umgebungsbedingungen. Der negative Einfluss höherer Partikelkonzentration in dem Ausbreitungsmedium Luft bleibt jedoch im Wesentlichen erhalten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher das vorstehend skizzierte Funktionsprinzip des Photomischdetektor in angepasster Weise unter Einsatz von Mikrowellen genutzt: Die modulierte Wellenenergie wird durch ein entsprechendes Empfangselement, also eine Antenne, in elektrische Energie umgewandelt und gleichzeitig die Flussrichtung der elektrischen Ladung unter Einfluss eines Modulationssignals geändert, d. h. korrelativ demoduliert.

Mikrowellen sind elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich von ca. 300 MHz bis 300 GHz, dies entspricht einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 1 m und 1 mm. Die wesentlichen Vorteile derartiger MMD-Mikrowellensensoren ge-

genüber den optischen P M D-Sensoren sind die weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüssen in Form von Rauch, Nebel, Schnee usw., sowie die Unabhängigkeit in Bezug auf Tageslicht. Eine von einem Sender emittierte Mikrowelle wird von dem Zielobjekt reflektiert und trifft nach einer entfernungsbedingten Laufzeit auf eine Empfangsantenne, in der sie eine Spannung bzw. einen Strom infolge der Ladungsverschiebung induziert. Dabei übernimmt die Antennenfläche, wie die photoaktive Halbleiterschicht eines optischen PMD, die Rolle der Energieumwandlung. Zur Detektion und zur Ladungsseparation mittels der sog. Schaukelprozess des umgewandelten Ausgangssignals der Antenne dient eine Gegentakt- Gleichrichterschaltung. Dabei kann schaltungstechnisch bereits eine Mischverstärkung erzielt werden, so dass ein eine jeweilige Objektentfernung angebendes Ausgangssignal nicht weiter verstärkt oder vor Signalverfälschung besonders geschützt werden muss.

Ferner ist aus dem Bereich der Radartechnik bekannt, dass ein von einem Sender in Form eines Antennenarrays ausgesandter Strahl vollelektronisch geschwenkt werden kann. Damit ist es in einer Ausführungsform der Erfindung möglich, von einem MMD-Mikrowellensensor aus einen vorgegebenen Bereich verzögerungsfrei und ohne Einsatz verschleißbehafteter mechanischer Komponenten in fast beliebiger Geschwindigkeit zur Durchführung von Entfernungsmessungen zu überstreichen. Mikrowellen-Antennen weisen neben vergleichsweise hoher Design-Freiheit auch eine gute Integrierbarkeit in ein Fahrzeugdesign auf, da sie flach bauen und auch als Klebeetiketten aufgebracht oder gar in transparente Flächen von Fenstern oder Schiebedachelementen integrierbar sind.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung zur Nennung weiterer Vorteile und Eigenheiten weiter beschrieben. Es zeigen in skizzierter Form:

Figur 1 : eine erfindungsgemäße Einklemmschutzvorrichtung in einem mehrteiligen Klapp-Dach eines Cabriolet-Personenkraftfahrzeuges in einer Seitenansicht;

Figur 2: eine Frontansicht auf das Cabriolet-Fahrzeug gemäß Fig. 1 und

Figur 3: ein Blockdiagramm einer Einklemmschutzvorrichtung mit einem MMD- Bauteil.

Nachfolgend werden über die zu beschreibenden Abbildungen hinweg für gleiche Elemente sowie Elemente gleicher Funktion auch einheitlich gleiche Bezeichnungen gewählt.

Ein in einer Cabriolet-Bauform nur angedeutetes Personenkraftfahrzeug 1 besitzt in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ein prinzipiell bekanntes sogenanntes zweiteiliges Klapp-Dach 2 bzw. Retractable Hard Top-Dach, kurz RHT. Das RHT 2 weist zwei starre Dachteile 2a, 2b auf, die mittels einer Betätigungskinematik 3 an der Karosserie 4 des Fahrzeugs 1 angelenkt sind. Derartige Dächer können auch als 3- o- der gar 4-teilige Variante oder als Stoffverdecke ausgebildet sein. Zum Ablegen eines derartigen Dachs 2 in einen Kofferraum des Fahrzeugs 1 wird ein Kofferraumdeckel 5 mittels einer geeigneten Betätigungsmechanik 6 in eine geöffneten Stellung verbracht, bei der ein in einer Fahrtrichtung 7 vorderer Bereich 8 des Kofferraumdeckels 5 in einer gegenüber einer Fahrbahn 9 angehobenen Position angeordnet ist.

In der exponierten Lage eines Endbereichs zwischen einer A-Säule 10 und eines Windlaufes 11 ist ein erster Sensor 12 angeordnet. In dem in einer geöffneten Stellung des Kofferraumdeckels 5 angehobenen vorderen Bereich 8 ist ein zweiter Sensor 13 angeordnet. Die Sensoren 12, 13 sind wesentliche Teile einer erfindungsgemäßen Einklemmschutzvorrichtung, die in der vorstehend beschriebenen Art in zwei Bereichen angeordnet ist, die auch während einer hier skizzierten Dachöffnungsbzw, einer Dachschließphase in ihrer Lage im Wesentlichen stationär verbleiben und dabei einen ausreichenden Bereich im Fahrzeug-Innen- wie -Außenraum überstreichen.

Der Sensor 12 besitzt als Mittel zur Nahfeldüberwachung ein erstes Sensorsichtfeld 12a. Das erste Sensorsichtfeld 12a ist in einer Seitenansicht auf das Fahrzeug 1 nach Figur 1 durch einen vorderen Begrenzungsstrahl 12e und einen hinteren Begrenzungsstrahl 12d begrenzt, welche derart ausgerichtet sind, dass die Begren-

zungsstrahlen 12e und 12d einen Bereich A auf der Fahrbahn 9 abgrenzen. Der Bereich A umfasst in einer Seitenansicht dieses Ausführungsbeispiels im Wesentlichen den Bereich der Fahrgastzelle und des Kofferraums des Fahrzeugs 1 , um eine nachfolgend ohne Beschränkung der Erfindung ausschließlich dargestellte Außenraum- überwachung zu realisieren. In der Seitenansicht auf das Fahrzeug 1 gemäß Fig. 1 deckt der Bereich A somit in etwa den Bereich zwischen den Rädern 14 des Kraftfahrzeugs 1 ab.

Außerdem ist das Sensorsichtfeld 12a vom Sensor 12 ausgehend seitlich vom Fahrzeug weggerichtet, wie in Figur 2 angedeutet, und ist bezüglich seiner Auffächerung in einer Frontansicht des Fahrzeugs 1 derart aufgefächert, dass ein innerer Randbegrenzungsstrahl 12b des ersten Sensorsichtfeldes 12a in einem Abstand di seitlich beabstandet von dem Fahrzeug 1 auf die Fahrbahn 9 trifft. Ein äußerer Randbegrenzungsstrahl 12c trifft in einem Abstand Di seitlich neben dem Fahrzeug 1 auf die Fahrbahn 9.

Der Sensor 13 erzeugt ein zweites Sensorsichtfeld 13a, welches in einer Seitenansicht bis zu einem Ort 15 im Bereich des Hecks des Fahrzeugs 1 oder im Bereich hinter dem Heck des Fahrzeugs 1 reicht. Das zweite Sensorsichtfeld 13a ist in Fahrzeuglängsrichtung 7 durch einen hinteren Begrenzungsstrahl 13d begrenzt. Eine zweite Begrenzung des zweiten Sensorsichtfeldes 13a nach oben und/oder vorne ist durch einen vorderen Begrenzungsstrahl 13e gegeben. Der vordere Begrenzungsstrahl 13e ist bevorzugt derart orientiert, dass dieser vom Sensor 13 aus in Fahrtrichtung 7 nach vorne ansteigend, den Verfahrbereich des verlagerbaren Dachs 2a, 2b und den Windlauf 11 des Fahrzeugs 1 in einer Seitenansicht überragend nach oben vorne gerichtet ist.

In einer Frontansicht auf das Fahrzeug 1 gemäß der Darstellung von Figur 2 besitzt das zweite Sensorsichtfeld 13a auch in Richtung einer Fahrzeuglängsachse Begrenzungen. Der innere Begrenzungsstrahl 13b trifft ein einem Abstand d ₂ seitlich neben dem Fahrzeug auf die Fahrbahn 9. Der äußere Begrenzungsstrahl 13c trifft in einem Abstand D ₂ auf die Fahrbahn 9. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, den Abstand d ₂ kleiner als den Abstand di und den Abstand D ₂ kleiner als den Abstand Di zu wählen. Dies gelingt insbesondere dann, wenn der zweite Mehrfachsen-

sor 13 an einem Ort möglichst nahe an der Fahrzeugaußenkontur und möglichst weit entfernt von der Fahrbahn 9 angeordnet ist. Somit wird mittels des zweiten Mehrfachsensors 13 und dem zugehörigen zweiten Sensorsichtfeld 13a der Bereich unmittelbar benachbart neben dem Fahrzeug 1 überwacht und mittels des ersten Mehrfachsensors 12 und seinem zugeordneten ersten Sensorsichtfeld 12a ein Bereich etwas weiter beabstandet vom Fahrzeug 1 abgedeckt. Dabei überdecken bzw. überkreuzen sich die beiden Sensorsichtfelder 12a, 13a in einem großen Bereich zur Erhöhung der Redundanz im Gesamtsystem. In der Seitenansicht von Figur 1 ist dieser Bereich des überschneidens oder des überkreuzens etwa der Bereich A. In einer Frontansicht auf das Fahrzeug 1 nach Figur 2 ist der Bereich der überschneidung bzw. überdeckung seitwärts vom Fahrzeug weg etwa der Bereich zwischen dem inneren Begrenzungsstrahl 12b des ersten Sensorsichtfeldes 12a und dem äußeren Begrenzungsstrahl 13c des zweiten Sensorsichtfeldes 13a.

Durch diese Anordnung wird in einem vordefinierten Fahrzeugaußenraum durch Abtastung sichergestellt, dass sich kein Objekt befindet, so dass eine Einklemmgefahr bei Betätigung des Klapp-Dachs bzw. RHT 2 prinzipiell ausgeschlossen werden kann. Vorliegend sind die Sensoren 12,13 als Mikrowellen-Misch-Detektoren MMD ausgebildet. Unter Einhaltung sämtlicher Grenzwerte kann damit unter Ausschluss der von optischen Systemen bzw. PMD-Anordnungen her bekannten Störungen auch ein Fahrzeuginnenraum hinsichtlich der Anwesenheit von Personen und damit auch auf die prinzipielle Möglichkeit hin überwacht werden, dass sich eine Einklemmsituation ergeben könnte. Nur in dem Fall, dass überhaupt eine Person oder ein Gegenstand in einem gefährdeten Nahbereich zu dem Klapp-Dach 2 detektiert wird, müssen dem Fachmann bekannte Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, wie z.B. eine Verlangsamung der Bewegung des RHT.

Eine Antennenfläche des jeweiligen MMD-Sensors 12,13 übernimmt die Rolle einer für die Entfernungsbestimmung notwendige Energieumwandlung und entspricht in dieser Funktion einer photoaktiven Halbleiterschicht eines optischen PMD. Für Antennenflächen existieren jedoch gerade im Mikrowellenbereich sehr unterschiedliche Ausführungsformen, so dass derartige Antennen ohne Funktionseinschränkung auch im Bereich des menschlichen Sichtspektrums unsichtbar in Scheiben und/oder transparenten Schiebedächern integriert werden können.

Figur 3 zeigt als Blockdiagramm den prinzipiellen Aufbau einer Einklemmschutzvorrichtung mit einem Sensor in Form eines MMD-Bauteils 12, 13. Von einer Verdeck- Fahrsteuerung her wird das M M D-Bauteil 12, 13 aktiviert und erhält eine Versorgungsspannung U. Eine Auswertung innerhalb des MMD-Bauteils 12, 13 steuert Senden und Empfangen sowie in hier nicht weiter dargestellter Art und Weise auch ein Verschwenken eines Strahls, so dass Objekte auch verfolgt sowie hinsichtlich ihrer Bewegungsrichtung erkannt und vermessen werden können. Die intern erzeugte modulierte Schwingung wird vom Sender aufbereitet und über die Antenne SANT gerichtet in Form im Wesentlichen nur einer Hauptkeule abgestrahlt. Die Mikrowellenstrahlung M wird dann nach Figur 3 an der Hand einer Person 15 reflektiert und läuft zu einer Empfangsantenne EANT des MMD-Bauteils 12, 13 zurück, wo das Empfangssignal dann in einem durch den Modulator angesteuerten Gegentaktgleich- richter zu einem Ergebnissignal umgeformt wird, um schließlich in der Auswertung über eine Laufzeitmessung zu einem Entfernungssignal verarbeitet zu werden.

Dieser Verarbeitungsprozess entspricht dem innerhalb eines PMD-Elements bis auf die wesentliche Tatsache, dass im vorliegenden Fall vorteilhafterweise Mikrowellen und eben kein optischer Strahl verwendet wird. übereinstimmend wird jedoch in beiden Fällen im Zuge einer 1 D-Messung eine Entfernungsinformation mit hoher Genauigkeit ermittelt, die durch Folgemessungen in eine Richtungs- und Geschwindig- keitsangabe aufgewertet werden kann, um unter Vermittlung einer nicht weiter dargestellten Logik den Einklemmschutz zu steuern.

Die vorstehend beschriebene Einklemmschutzvorrichtung ist zum Einsatz in Verdecken, öffnungsfähigen Dächern oder Dachschalen für Wasser- und/oder Straßenfahrzeuge angepasst ausgebildet.

Bezugszeichenliste

1 Personenkraftfahrzeug

2 Klapp-Dach / RHT

2a starres Dachteil 2b starres Dachteil

3 Betätigungskinematik

4 Karosserie des Fahrzeugs 1

5 Kofferraumdeckel

6 Betätigungsmechanik

7 Fahrtrichtung

8 vorderer Bereich des Kofferraumdeckels 5 9

10 A-Säule

11 Windlauf

12 erster Sensor

12a erstes Sensorsichtfeld 12b innerer Randbegrenzungsstrahl 12c äußerer Randbegrenzungsstrahl 12d hinterer Randbegrenzungsstrahl 12e vorderer Randbegrenzungsstrahl

13 zweiter Sensor

13a zweites Sensorsichtfeld

13b innerer Randbegrenzungsstrahl

13c äußerer Randbegrenzungsstrahl

13d hinterer Randbegrenzungsstrahl

13e vorderer Randbegrenzungsstrahl

14 Rad

15 Person / Hand

Di Abstand

D ₂ Abstand di Abstand d ₂ Abstand

M Mikrowellenstrahlung

SANT Sende-Antenne

EANT Empfangsantenne