Sensoreinheit zum berührungslosen Betätigen einer Fahrzeugtür

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zum berührungslosen Betätigen, das heißt zum Öffnen oder Schließen, einer Fahrzeugtür, insbesondere einer Heckklappe.

Für einen Benutzer eines Fahrzeugs ist es unter Umständen wünschenswert, eine Fahrzeugtür, insbesondere die Heckklappe eines Kofferraums berührungslos zu öffnen oder zu schließen. Dieses Bedürfnis tritt insbesondere dann auf, wenn das Fahrzeug be- oder entladen wird und der Benutzer beide Hände zum Tragen eines Gegenstandes wie beispielsweise eines Bierkastens einsetzt.

In der Entwicklung begriffen sind derzeit Sensoreinheiten mit Näherungssensoren, die im Heckbereich eines Fahrzeugs angeordnet sind und beispielsweise eine Fußbewegung eines Fahrzeugnutzers als Türöffnungssignal detektieren können. Dadurch kann eine mit den Näherungssensoren signaltechnisch gekoppelte Auswerteeinheit ein Auslösesignal zum selbsttätigen Betätigen der Heckklappe ausgeben.

Ähnliche Sensoreinheiten befinden sich ferner auch in Vorrichtungen für den berührungslosen Einklemmschutz bei elektrischen Stellvorrichtungen wie beispielsweise einem elektrischen Fensterheber. Die Sensoreinheit dient hierbei dazu, ein Körperteil eines Fahrzeugnutzers oder einen sonstigen Gegenstand im Stellweg des zu verstellenden Fahrzeugteils zu detektieren und die Verstellung des Fahrzeugteils zu stoppen oder zu reversieren, bevor das Körperteil bzw. der Gegenstand eingeklemmt werden.

Herkömmliche Näherungssensoren sind dabei häufig in Form von kapazitiven Sensoren ausgeführt. Bei solchen Sensoren besteht das Problem, dass die elektrischen Zuleitungen zwischen der oder jeder Sensorelektrode und der Auswerteeinheit eines solchen Sensors selbst als zusätzliche aktive Sensorfläche wirken können. Die von den Zuleitungen hervorgerufenen Störkapazitäten können hierbei das Messergebnis eines solchen Sensors stören und/oder verfälschen. Dies ist gerade für das berührungsfreie Betätigen einer Fahrzeugtür besonders kritisch, zumal in diesem Fall oft eine bestimmte Bewegung eines Fahrzeugnutzers selektiv als Türöffnungswunsch erkannt werden soll, während die Tür bei einer andersgearteten Annäherung eines Fahrzeugnutzers geschlossen bleiben soll. Eine Beeinflussung des Messsignals durch Störkapazitäten führt bei herkömmlichen Sensoreinheiten oft zu hohen Fehlerraten bei der Erkennung eines Türöffnungswunsches. Solche Störeffekte wirken sich mit zunehmender Länge der Zuleitung umso stärker aus.

Aus der DE 102 26 133 A1 ist eine Sensoreinheit für eine berührungslos arbeitende Einklemmschutzvorrichtung bekannt. Die Sensoreinheit umfasst hierbei eine kapazitive Sensorelektrode, die durch einen geschirmten Leiter mit einer Auswerteeinheit verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders fehlerunanfällige Sensoreinheit zum berührungslosen Betätigen einer Fahrzeugtür bzw. ein Fahrzeug mit einer solchen Sensoreinheit anzugeben. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren für eine solche Sensoreinheit anzugeben.

Bezüglich einer kapazitiven Sensoreinheit wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines diese Sensoreinheit enthaltenden Fahrzeugs wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 6. Bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung der Sensoreinheit wird die Aufgabe ferner erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst eine langgestreckte Sensorelektrode. Die Sensoreinheit umfasst weiterhin eine Zuleitung zur elektrischen Verbin dung der Sensorelektrode mit einer Auswerteeinheit, wobei die Zuleitung von einer elektrischen Schirmung umgeben ist. Die aus der Sensorelektrode und der geschirmten Zuleitung gebildete Baugruppe ist nachfolgend als„Elektrodenbaugruppe" bezeichnet. Diese Elektrodenbaugruppe umfasst zusätzlich einen - parallel zu der Zuleitung geführten - Masseleiter (oder Erdungsleiter), der über die gesamte Länge der Zuleitung elektrisch leitend mit der Schirmung verbunden ist.

Die Schirmung dient im Betrieb der Sensoreinheit als Faradayischer Käfig zur Abschirmung von äußeren elektromagnetischen Störfeldern sowie kapazitiven Störeinflüssen von anderen elektrischen Geräten. Störende Einflüsse auf das Messsignal der Sensorelektrode werden so reduziert, wodurch die Auswerteeinheit kapazitive Änderungen im elektrischen Feld der Sensorelektrode - zumindest weitgehend - unverfälscht erfassen kann. Die durch die Abschirmung nur eine lediglich längenabhängige Kapazität aufweisende Zuleitung hat einen konstanten Ein- fluss auf das durch die Sensorelektrode erzeugte elektrische Feld. Das macht es ohne weiteres möglich, den Einfluss der geschirmten Zuleitung auf das Messsignal durch die Auswerteeinheit schaltungs- oder programmtechnisch zu kompensieren. Die Schirmung ermöglicht es somit, die Zuleitung ohne kritische Reduzierung der Messgenauigkeit besonders lang auszuführen. Dies wiederum schafft die Möglichkeit, die Auswerteeinheit in räumlicher Hinsicht weitgehend unabhängig von der Sensorelektrode anzuordnen. Insbesondere kann so die Auswerteeinheit in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in den nach außen hin abgedichteten und somit witterungsgeschützten Trockenraum einer Fahrzeugkarosserie verlegt werden.

Durch den zur Zuleitung parallelgeführten Masseleiter wird einerseits die Stabilität und mechanische Beanspruchbarkeit der Elektrodenbaugruppe verbessert. Andererseits wird die Schirmung durch den Masseleiter entlang ihrer gesamten Länge niederohmig überbrückt. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass etwaige Schäden der Schirmung zu einer Beeinträchtigung der Schirmungswirkung führen, signifikant reduziert. Die Beanspruchbarkeit der Schirmung selbst unterliegt daher nur vergleichsweise geringen Anforderungen. Insbesondere ermöglicht dies, die Schirmung in einer bevorzugten Ausführungsform in Form einer Wicklung aus einer dünnen Metallfolie herzustellen, ohne dass dies zu Lasten der Ausfallsicherheit gehen würde.

In zweckmäßiger Ausbildung ist der Masseleiter von einer elektrisch leitfähigen Mantelhülle fluiddicht, insbesondere wasserdicht umschlossen. Der Masseleiter wird durch die Mantelhülle unmittelbar und besonders effektiv vor Witterungseinflüssen und hierdurch bedingter Korrosion geschützt. Die Mantelhülle kann als einziger Witterungsschutz des Masseleiters vorgesehen sein. Insbesondere kann somit eine die Zuleitung und den Masseleiter gemeinsam umgebende Außenhüiie optional weggelassen werden. Vorzugsweise ist eine solche Außenhülle aber als zusätzlicher oder alternativer Schutz gegen Wasser und Schmutz vorgesehen. Aus Gründen einer einfachen Herstellbarkeit ist die Außenhülle in zweckmäßiger Ausführung durch eine Wicklung aus einer Kunststofffolie, insbesondere einem Isolierklebeband gebildet. Um ein Eindringen von Schmutz und Wasser an den Enden der Zuleitung und der Sensorelektrode zu vermeiden, und somit ebenfalls zur Verbesserung der Korrosionsunanfälligkeit der Elektrodenbaugruppe, sind zweckmäßigerweise zusätzlich eine oder mehrere Abdichtungen am Freiende der Sensorelektrode und/oder am Übergang zwischen der Sensorelektrode und der Zuleitung angebracht. Die Abdichtungen sind zweckmäßigerweise durch Umsprit- zung mit einem thermoplastischen Kunststoff oder durch Verguss mit einem Epoxidharz oder dergleichen hergestellt.

In einer besonders geeigneten Ausgestaltung besteht die Mantelhülle aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, insbesondere aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer wie beispielsweise Polyanilin. In dieser Ausführung bietet die Mantelhülle nicht nur einen besonders effektiven Korrosionsschutz für den Masseleiter. Vielmehr wird durch die Mantelhülle auch eine besonders gute flächige Anlage des Masseleiters an der Schirmung sichergestellt. Der Masseleiter kann grundsätzlich außerhalb der Schirmung angeordnet sein. Vorzugsweise verläuft er aber zusammen mit der Zuleitung im Inneren der Schirmung.

Vorteilhafterweise ist die Elektrodenbaugruppe mit einem Stecker konfektioniert, so dass die Sensoreinheit über eine Steckverbindung mit der Auswerteeinheit kontaktiert werden kann. Diese Ausführung macht eine einfache und praxis-gerechte Montage der Sensoreinheit möglich.

Sowohl die Zuleitung als auch der Masseleiter sind vorzugsweise als Litzenleiter ausgebildet. In vorteilhafter Ausführung sind die Sensorelektrode und die Zuleitung einstückig miteinander ausgeführt, bilden also Längenabschnitte einer einzigen ununterbrochenen Leitung.

In der bevorzugten Anwendung handelt es sich bei der zu betätigenden Fahrzeugtür um eine Heckklappe. Die Sensoreinheit ist hierfür zweckmäßigerweise in ihrer bestimmungsgemäßen Einbausituation im hinteren Stoßfänger eines Fahrzeugs angeordnet. Denkbar ist aber auch eine Verwendung der Sensoreinheit zur Betätigung anderer Fahrzeugtüren, zum Beispiel einer motorisch bewegten Schiebetür. In diesem Fall ist die Sensorelektrode in der bestimmungsgemäßen Einbauposition zweckmäßigerweise in der Nähe dieser Tür am Fahrzeug angeordnet.

Im Sinne einer besonders rationellen Herstellung der vorstehend beschriebenen Elektrodenbaugruppe wird vorzugsweise eine Ursprungsleitung herangezogen, die über ihre gesamte Länge einen ersten Leiter, eine diesen umgebende Schirmung, eine innerhalb oder außerhalb der Schirmung verlaufende Beilauflitze sowie eine diese Teile ummantelnde isolierende, insbesondere extrudierte Außenhülle enthält. Aus dem ersten Leiter werden hierbei sowohl die Zuleitung als auch die Sensorelektrode gebildet, indem in einem der späteren Sensorelektrode entsprechenden Längenbereich die Außenhülle, die Schirmung und die Beilauflitze entfernt werden, so dass der erste Leiter in diesem Längenbereich zur Bildung der Sensorelektrode über die Schirmung und die Beilauflitze hinaussteht. Der Masseleiter wird bei der auf diese Weise hergestellten Elektrodenbaugruppe durch die Beilauflitze gebildet.

In einem gleichermaßen bevorzugten Alternatiwerfahren wird die Elektrodenbaugruppe gewissermaßen aus ihren Einzelbestandteilen zusammengefügt, indem ein als Zuleitung und Sensorelektrode dienender erster Leiter und ein als Masseleiter dienender zweiter Leiter in einem die spätere Zuleitung bildenden Längenbereich mit einer als Schirmung dienenden Metallfolie umwickelt werden, und bei welchem die Schirmung anschließend mit einer als Außenhülle dienenden Kunststofffolie, insbesondere einem Isolierklebeband umwickelt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Sensoreinheit zur berührungslosen Betätigung einer Heckklappe eines Fahrzeugs, mit einer eine Sensorelektrode sowie eine geschirmte Zuleitung umfassenden Elektrodenbaugruppe, und

Fig. 2 die Zuleitung in einem Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Sensoreinheit 1 umfasst eine langgestreckte Sensorelektrode 2 sowie eine elektrische Zuleitung 3, wobei die Zuleitung 3 von einer elektrischen Schirmung 4 umgeben ist. Die Zuleitung 3 verbindet die Sensorelektrode 2 signaltechnisch mit einer Auswerteeinheit 6, die in bevorzugter Ausführung zumindest im Wesentlichen durch einen MikroController mit einer darauf implementierten Steuer- und Auswertesoftware gebildet ist. Durch die Auswerteeinheit 6 ist zudem die Schirmung 4 auf Massenpotential geschaltet. Wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist, ist der Zuleitung 3 ein zusätzlicher Masseleiter 7 parallel geschaltet, der über die gesamte Länge der Zuleitung 3 mit der Schirmung 4 elektrisch leitend verbunden ist, und der durch die Auswerteeinheit 6 ebenfalls auf Masse kontaktiert wird.

Der Masseleiter 7 ist zusammen mit der Zuleitung 3 innerhalb der Schirmung 4 angeordnet. Die Schirmung 4 ist außenseitig wiederum von einer isolierenden Außenhülle 8 ummantelt.

Bei der Zuleitung 3 handelt es sich um einen mit einer Isolierung 9 umgebenden Litzenleiter 10. Die Sensorelektrode 2 ist einstückig mit der Zuleitung 3 ausgeführt. Die Sensorelektrode 2 und die Zuleitung 3 werden also durch ein und denselben, ununterbrochenen Litzenleiter 10 gebildet. Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, erstrecken sich die Schirmung 4 und der Masseleiter 7 sowie ferner die Außenhülle 8 ausschließlich über den die Zuleitung 3 bildenden Längenbereich des Litzenleiters 10. In dem die Sensorelektrode 2 bildenden Längenbereich ragt der Litzenleiter 10 dagegen zusammen mit der diesen umgebenden Isolierung 9 aus der Schirmung 4 und der diese umgebenden Außenhülle 8 frei heraus.

An ihrem freien Ende ist die Sensorelektrode 2 durch eine Abdichtung 11 wasserdicht abgedichtet. Eine weitere Abdichtung 12 ist am Ansatz der Schirmung 4 und der Außenhülle 8, mithin also am Übergang zwischen der Sensorelektrode 2 und der Zuleitung 3 angeordnet. Die Abdichtungen 11 und 12 sind insbesondere durch endseitiges Umspritzen des Litzenleiters 10 bzw. der Außenhülle 8 mit einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt.

In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Masseleiter 7 in eine Mantelhülle 13 aus einem elektrisch intrinsisch leitfähigen Kunststoff, beispielsweise Polyanilin, eingebettet, die den Masseleiter 7 wasserdicht umschließt, aber dennoch einen flächigen elektrischen Kontakt zwischen dem Masseleiter 7 und der Schirmung 4 zulässt. Die Schirmung 4 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer um die Zuleitung 3 und den Masseleiter 7 gewickelten Metallfolie. Auch die Außenhülle 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel gewickelt und besteht aus einer isolierenden Kunststofffolie, insbesondere aus einem Isolierklebeband. Die Schirmung 4 und die Außenhülle 8 sind hierbei zweckmäßigerweise entgegengesetzt gewickelt, so dass sich die einzelnen Folienbahnen der Schirmung 4 und der Außenhülle 8 kreuzen.

Die Zuleitung 2 und der Masseleiter 7 sind an dem der Auswerteeinheit 6 zugewandten Ende mit einem gemeinsamen elektrischen Steckerverbinder 14 konfektioniert, der mit einem entsprechenden elektrischen Gegensteckverbinder der Auswerteeinheit 6 reversibel kontaktierbar ist.

Die aus dem Litzenleiter 10 mit der diesen umgebenden Isolierung 9, dem Masseleiter 7 mit der diesen umgebenden Mantelhülle 13, der Schirmung 4, der Außenhülle 8, den Abdichtungen 11 und 12 und dem Steckverbinder 14 gebildete Baugruppe wird zusammenfassend auch als Elektrodenbaugruppe 15 bezeichnet.

Zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Elektrodenbaugruppe 15 werden der mit der Isolierung 9 umgebene Litzenleiter 10 und der mit der Mantelhülle 13 umgebene Masseleiter 10 auf die jeweils gewünschte Länge abgelängt und zusammen mit der die Schirmung 4 bildenden Metallfolie umwickelt. In einem folgenden Verfahrensschritt wird die solchermaßen hergestellte Schirmung 4 wiederum mit der die Außenhülle 8 bildenden Kunststofffolie umwickelt. Anschließend werden die Abdichtungen 11 bzw. 12 und der Steckverbinder 14 angebracht.

Bei einer (nicht näher dargestellten) weiteren Ausführungsform der Elektrodenbaugruppe 15 fehlt die Mantelhülle 13. Der Masseleiter 7 ist hierbei vielmehr durch eine blanke Beilauflitze gebildet, die wahlweise innerhalb oder außerhalb der Schirmung 4 angeordnet sein kann. Die Schirmung 4 kann auch bei dieser Ausführungsform durch eine gewickelte Metallfolie gebildet sein. Alternativ ist hier die Schirmung 4 jedoch aus einem Drahtgeflecht gebildet. Die Außenhülle 8 besteht bei dieser Ausführungsform aus einem extrudierten Kunststoffmaterial. Zur Herstellung dieser weiteren Ausführungsform der Elektrodenbaugruppe 15 wird eine Ursprungsleitung herangezogen, bei der der wiederum isolierte Litzenleiter 10 zunächst über seine gesamte Länge von dem Masseleiter 7, der Abschirmung 4 und der Außenhülle 8 flankiert wird. Die Außenhülle 8, die Abschirmung 6 und der Masseleiter 7 werden hierbei in dem Längenbereich des Litzenleiters 10, der die Sensorelektrode 2 bilden soll, entfernt. Anschließend werden wiederum die Abdichtungen 11 bzw. 12 und der Steckverbinder 14 angebracht.

Die Sensoreinheit 1 dient vorzugsweise zur berührungslosen Erkennung eines Heckklappenöffnungswunsches eines Fahrzeugnutzers und zur automatischen Öffnung der Heckklappe, sobald ein solcher Heckklappenöffnungswunsch durch die Sensoreinheit 1 erkannt wird. Der zu erkennende Heckklappenöffnungswunsch soll dabei von dem Fahrzeugnutzer beispielsweise dadurch signalisiert werden, dass der Fahrzeugnutzer ein Bein kurzzeitig - insbesondere in Form einer Kickbewegung - unter den hinteren Stoßfänger des Fahrzeugs hält.

Um die Annäherung des Beins zu detektieren, ist die Elektrodenbaugruppe 15 der Sensoreinheit 1 in dem bestimmungsgemäßen Endmontagezustand derselben zweckmäßigerweise in oder an dem hinteren Stoßfänger des Fahrzeugs angeordnet. Optional umfasst die Sensoreinheit 1 für eine sichere und spezifische Erkennung des Heckklappenöffnungswunsches mehrere, gemeinsam mit der Sensoreinheit 1 verschaltete Elektrodenbaugruppen 15, die beispielsweise auf verschiedener Höhe an oder in dem Stoßfänger angeordnet sind.

Die Auswerteeinheit 6 ist dagegen vorzugsweise witterungsgeschützt in dem Trockenraum der Fahrzeugkarosserie angeordnet.

Im Betrieb der Sensoreinheit 1 wird durch die Auswerteeinheit 6 an die Zuleitung 3 der oder jeder Elektrodenbaugruppe 15 eine elektrische Wechselspannung angelegt, unter deren Wirkung in einem Raumbereich (Erfassungsraum), der die Sensorelektrode 2 der jeweiligen Elektrodenbaugruppe 15 umgibt, ein elektrisches Wechselfeld erzeugt wird. Das sich in dem Erfassungsraum befindliche Bein des Fahrzeugnutzers wirkt aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des menschlichen Körpergewebes und der Erdung des Körpergewebes mit dem Untergrund als Gegenelektrode zu der Sensorelektrode 2. Die Sensorelektrode 2 bildet mit dem Körperteil somit einen (elektrischen) Kondensator, dessen Kapazität sich mit dem Abstand des Körperteils zu der jeweiligen Sensorelektrode 2 in charakteristischer Weise ändert.

Um einen Heckklappenöffnungswunsch zu erkennen, erfasst die Auswerteeinheit 6 die an der oder jeder Sensorelektrode 2 anliegende elektrische Spannung sowie den über die oder jede Sensorelektrode 2 jeweils fließenden Strom. Aus diesen Strom- und Spannungswerten errechnet die Auswerteeinheit 6 ein zwischen der jeweiligen Sensorelektrode 2 und Masse gebildetes Kapazitätsmaß, bei dem es sich entweder um die Kapazität selbst oder eine hiermit korrelierende Mess- größe handelt. Das Kapazitätsmaß wird von der Auswerteeinheit 6 mit einem hinterlegten Auslösekriterium verglichen, wobei die Auswerteeinheit 6 ein die Öffnung der Heckklappe veranlassendes Auslösesignal an einen Stellantrieb der Heckklappe ausgibt, sobald das oder jedes Kapazitätsmaß das zugeordnete Auslösekriterium erfüllt. Beispielsweise gibt die Auswerteeinheit 6 das Auslösesignal dann aus, wenn die für zwei Elektrodenbaugruppen 15 jeweils erfassten Kapazitäten gleichzeitig für eine Zeitspanne von mehr als 1 Sekunde und weniger als 5 Sekunden einen jeweils zugeordneten Schwellwert überschreiten.

Bezugszeichenliste

1 Sensoreinheit

2 Sensorelektrode

3 Zuleitung

4 Schirmung

6 Auswerteeinheit

7 Masseleiter

8 Außenhülle

9 Isolierung

10 Litzenleiter

11 Abdichtung

12 Abdichtung

13 Mantelhülle

14 Steckverbinder

15 Elektrodenbaugruppe