DE102004002415A1

DE102004002415A1 - Vorrichtung zum Steuern und Überwachen eines bewegbaren Schließelements, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004002415A1
Application number: DE102004002415A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Dr. Westerhoff
Original assignee: Metzeler Automotive Profiles GmbH; Metzeler Automotive Profile Systems GmbH
Current assignee: Metzeler Automotive Profiles GmbH; Metzeler Automotive Profile Systems GmbH
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-17
Also published as: US7548809B2; DE102004002415B4; EP1555373A2; US20050187689A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Steuern und Überwachen eines zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegbaren Schließelements (20), insbesondere einer elektrisch angetriebenen Fensterscheibe (20) eines Kraftfahrzeugs (10), ist mit einem Sensor versehen. Der Sensor umfasst eine Sensorelektrode (40), die ein elektrisches Feld (F) in einem Öffnungsbereich des Schließelements (20) erzeugt. Die Vorrichtung weist zudem ein mit dem Sensor verbundenes Steuergerät (22) auf, das eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode (40) erfasst und ein Steuersignal bereitgestellt. Um auf einfache und verhältnismäßig kostengünstige Weise einen durch Kondensation auf dem Schließelement (20) gebildeten Beschlag (23) zu erkennen, erfasst das Steuergerät (22) eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode (40), die durch das Vorhandensein einer Feuchtigkeitsschicht (23) auf dem Schließelement (2) hervorgerufen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern und Überwachen eines zwischen einer Offenstellung und einer Schliessstellung bewegbaren Schliesselements, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung ist mit einem Sensor versehen, der eine Sensorelektrode umfasst, die ein elektrisches Feld in einem Öffnungsbereich des Schliesselements erzeugt. Zudem weist die Vorrichtung ein mit dem Sensor verbundenes Steuergerät auf, das eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode erfasst und ein Steuersignal bereitstellt.

Eine derartige Vorrichtung findet üblicherweise als Einklemmschutz Anwendung, um das Einklemmen von beispielsweise einem menschlichen Körperteil zwischen dem Schliesselement und einem das Schliesselement zumindest teilweise einfassenden Rahmen zu verhindern. Die Wirkungsweise eines solchen kapazitiven Einklemmschutzes beruht auf einer durch ein elektrisch leitendes Hindernis in dem Öffnungsbereich des Schliesselements hervorgerufene Beeinflussung des elektrischen Felds, die sich als Änderung der Kapazität der Sensorelektrode erfassen lässt. Im Unterschied zu einem sogenannten taktilen Einklemmschutz, der einen physischen Kontakt des Hindernisses mit einem Sensor erfordert, wird die Anwesenheit eines Hindernisses in dem Öffnungsbereich des Schliesselements bei dem kapazitiven Einklemmschutz demzufolge berührungslos erfasst.

Ein kapazitiver Einklemmschutz wird in der EP 1 154 110 A2 beschrieben. Der bekannte Einklemmschutz weist zwei elektrische Leiter auf, die das elektrische Feld in dem Öffnungsbereich eines Schliesselements erzeugen. Einer der beiden Leiter, die Sensorelektrode, ist in eine das Schliesselement abdichtende Dichtung integriert und wird mit einer vorgegebenen elektrischen Ladung beaufschlagt. Auf diese Weise lässt sich zwischen der Sensorelektrode und dem anderen Leiter, der Grundelektrode, die beispielsweise geerdet ist, eine Referenzkapazität bestimmen. Die Änderung der Kapazität der Sensorelektrode gegenüber der Referenzkapazität auf Grund der Anwesenheit eines Hindernisses in dem Öffnungsbereich des Schliesselements wird mittels eines Steuergeräts erfasst, das ein Steuersignal für einen das Schliesselement antreibenden Motor bereitstellt. Um auch nicht leitende Werkstoffe, wie beispielsweise Holz oder Kunststoff, die keine oder nur eine unbedeutende kapazitive Änderung hervorrufen, erkennen zu können, ist der Einklemmschutz mit einem sogenannten Soft-Spot versehen. Der Soft-Spot wird dadurch realisiert, dass der die Sensorelektrode aufnehmende Bereich der Dichtung verformbar ausgestaltet ist. Auf diese Weise ergibt sich bei einem physischen Kontakt des Hindernisses mit der Dichtung eine Veränderung der relativen Lage von Sensorelektrode und Grundelektrode und damit eine Änderung der Kapazität. Der bekannte Einklemmschutz zeichnet sich somit durch eine aktive Redundanz aus, die ein Einklemmen eines Hindernisses unabhängig von dem Werkstoff, aus dem das Hindernis besteht, wirksam verhindert.

Weiterhin sind kapazitive Sensoren bekannt, die zur Bestimmung der relativen Feuchte zum Einsatz gelangen. Durch Absorption von Wasser wird die Kapazität eines solchen Kondensators, der beispielsweise aus einem Polymer-Dünnfilm mit beidseitiger Metallisierung besteht, reversibel verändert. Derartige Feuchtigkeitssensoren finden daher häufig bei der Luftgütesensierung, Klimaregelung oder bei Anlagen gegen den Beschlag von Fensterscheiben Anwendung.

Ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor, der zum Detektieren von Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, ist in der EP 0 753 438 B1 beschrieben. Der Feuchtigkeitssensor weist eine Glaslaminatschicht und wenigstens drei nicht geerdete Elektroden, die auf einer Innenfläche der Glaslaminatschicht angeordnet sind, auf. Die Elektroden bilden zwei Abtastbereiche an einer Aussenfläche der Glaslaminatschicht. Die Differenz der in den Abtastbereichen ermittelten Feuchtigkeitsmenge wird als Mass herangezogen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Zusätzlich zu den Elektroden kann eine Abschirmelektrode vorgesehen sein, welche die Empfindlichkeit der Elektroden auf die Aussenfläche der Glaslaminatschicht richtet. Als nachteilig bei dem bekannten Feuchtigkeitssensor hat sich herausgestellt, dass die Elektroden unmittelbar an der Glaslaminatschicht angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich zum einen eine verhältnismässig aufwendige und kostenintensive Fertigung. Zum anderen eignet sich der Feuchtigkeitssensor ausschliesslich für feststehende Fensterscheiben, wie beispielsweise die Windschutzscheibe oder die Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs. Für bewegbare Fensterscheiben, wie es häufig die Seitenscheiben eines Kraftfahrzeugs sind, ist der bekannte Feuchtigkeitssensor hingegen ungeeignet, da sich die an der Fensterscheibe befestigten Elektroden in diesem Fall mit bewegten und damit den Abtastbereich veränderten.

Der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass sich auf einfache und verhältnismässig kostengünstige Weise eine durch Kondensation auf dem Schliesselement gebildeter Beschlag erkennen lässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung mit den oben genannten Merkmalen in Übereinstimmung mit Anspruch 1 erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Steuergerät eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode auf Grund des Vorhandenseins einer Feuchtigkeitsschicht auf dem Schliesselement erfasst.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu eigen, einen kapazitiven Sensor als Feuchtigkeitssensor zu nutzen, der auf einfache und vergleichsweise kostengünstige Weise auch bei bewegten Schliesselementen eingesetzt werden kann. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die das elektrische Feld in dem Öffnungsbereich des Schliesselements erzeugende Sensorelektrode stationär angeordnet ist, zum Beispiel an einer das Schliesselement abdichtenden Dichtung, die sich entlang eines das Schliesselement zumindest teilweise einfassenden Rahmens erstreckt. Ein auf dem Schliesselement durch Kondensation gebildeter Beschlag verändert die Permittivität des elektrischen Felds und lässt sich infolgedessen als kapazitive Änderung der Sensorelektrode erfassen. Das von dem Steuergerät bereitgestellte Steuersignal kann zum Beispiel einer Klimaanlage zugeführt werden, die dann durch eine entsprechende Regelung der Lufttemperatur, -menge und -verteilung den auf dem Schliesselement vorhandenen Beschlag entfernt. Handelt es sich bei dem Schliesselement beispielsweise um eine Fensterscheibe, lässt sich auf diese Weise eine ungetrübte Sicht sicherstellen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung stellen die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 12 dar.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist der Sensor in einem ersten Sensitivitätsmodus und in einem zweiten Sensitivitätsmodus betreibbar. Dabei erfasst das Steuergerät in dem ersten Sensitivitätsmodus eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode auf Grund der Anwesenheit eines Hindernisses in dem Öffnungsbereich des Schliesselements. Das Steuergerät erfasst ferner in dem zweiten Sensitivitätsmodus eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode auf Grund des Vorhandenseins einer Feuchtigkeitsschicht auf dem Schliesselement.

Eine derartige Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, einen kapazitiven Sensor sowohl als Feuchtigkeitssensor als auch für einen Einklemmschutz zu nutzen. Diese kombinative Nutzung des kapazitiven Sensors wird durch die unterschiedlichen Sensitivitätsmodi ermöglicht, die verhindern, dass sich die von dem Steuergerät bereitgestellten Steuersignale gegenseitig beeinträchtigen. Wird der Sensor in dem ersten Sensitivitätsmodus betrieben, dann ist die Sensitivität des Sensors so eingestellt, dass die Änderung der Kapazität der Sensorelektrode auf die Anwesenheit eines Hindernisses in dem Öffnungsbereich des Schliesselements zurückzuführen ist. Befindet sich der Sensor hingegen in dem zweiten Sensitivitätsmodus, dann ist die Sensitivität des Sensors derart, dass eine auf dem Schliesselement befindliche Feuchtigkeitsschicht eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode hervorruft.

Zudem ist es von Vorteil, wenn das Steuergerät in dem ersten Sensitivitätsmodus ein Steuersignal für einen das Schliesselement antreibenden Motor bereitstellt. Bei Vorhandensein eines Hindernisses in dem Öffnungsbereich des Schliesselements kann auf diese Weise die Bewegung des Schliesselements gestoppt oder umgekehrt werden.

Von Vorteil ist ferner, wenn das Steuergerät in dem zweiten Sensitivitätsmodus ein Steuersignal für eine Klimaanlage bereitstellt. Die häufig über eine Regelung verfügende Klimaanlage kann die Lufttemperatur, -menge und -verteilung in beispielsweise dem Innenraum eines Kraftfahrzeugs so regeln, dass ein auf dem Schliesselement, zum Beispiel einer Fensterscheibe, befindlicher Beschlag entfernt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird der Sensor in der Offenstellung des Schliesselements in dem ersten Sensitivitätsmodus und in der Schliessstellung des Schliesselements in dem zweiten Sensitivitätsmodus betrieben. Die Schliessstellung des Schliesselements ist verhältnismässig einfach zu erfassen, zum Beispiel mittels Näherungssensoren, und ermöglicht insofern eine präzise und reproduzierbare Umschaltung von dem ersten Sensitivitätsmodus in den zweiten Sensitivitätsmodus.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist eine das Schliesselement abdichtende Dichtung vorgesehen, die aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, vorzugsweise einem elastomeren Werkstoff, gefertigt und an einem das Schliesselement zumindest teilweise einfassenden Rahmen befestigt ist. Die Sensorelektrode ist in diesem Fall vorteilhafterweise im Bereich der Dichtung angeordnet, so dass sich eine Ausbreitung des von der Sensorelektrode erzeugten elektrischen Felds im gesamten Öffnungsbereich des Schliesselements ergibt.

Die Sensorelektrode kann beispielsweise an einer Verkleidung angeordnet sein. Bevorzugt ist die Sensorelektrode allerdings in die Dichtung integriert, um eine einfache und praxisgerechte Handhabung zu gewährleisten. Die Sensorelektrode ist dabei vorteilhafterweise entweder als Metallstrang, der in die Dichtung eingebettet ist, oder als ein elektrisch leitfähiger Bereich der Dichtung ausgebildet.

Bevorzugt weist die Dichtung wenigstens eine Dichtlippe, die an dem Schliesselement anliegt, und wenigstens eine Haltelippe, die kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rahmen verbunden ist, auf. Die Dichtlippe trägt zu einer wirksamen Abdichtung des Schliesselements bei, wohingegen die Haltelippe eine sichere Befestigung der Dichtung an dem Rahmen gewährleistet.

Um das elektrische Feld in dem Öffnungsbereich des Schliesselements zu erzeugen, umfasst der Sensor vorteilhafterweise eine Grundelektrode, die vorzugsweise durch den Rahmen gebildet wird. Der Rahmen ist in diesem Fall zweckmässigerweise geerdet.

Einzelheiten und weitere Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels. In den das Ausführungsbeispiel lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen im Einzelnen:
1 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs und 2 einen Schnitt gemäss der Linie II in 1.
Das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug 10 ist im Bereich einer Tür 11 mit einer durch einen Elektromotor 21 angetriebenen Fensterscheibe 20 versehen. Die ein Schliesselement darstellende Fensterscheibe 20 ist in einer Bewegungsrichtung y zwischen einer Offenstellung und einer Schliessstellung bewegbar.
Wie 2 näher zu erkennen gibt, weist die Tür 11 einen Rahmen 12 auf, an dem eine die Fensterscheibe 20 abdichtende Dichtung 30 angeordnet ist. Die aus einem elektrisch nicht leitenden, elastomeren Werkstoff, beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) gefertigte Dichtung 30 ist mit Dichtlippen 31 versehen, welche die Fensterscheibe 20 führen und abdichten. Zudem ist die Dichtung 30 mit Haltelippen 32 versehen, die eine zuverlässige Befestigung der Dichtung 20 an dem Rahmen 12 sicherstellen.
Weiterhin ist aus 2 ersichtlich, dass in die Dichtung 20 eine als Metallstrang ausgebildete Sensorelektrode 40 eingebettet ist. Die Sensorelektrode 40 kann alternativ durch einen elektrisch leitfähigen Bereich der Dichtung 30 gebildet werden, der sich beispielsweise durch Koextrusion fertigen lässt.
Die Sensorelektrode 40 ist Bestandteil eines Sensors und dient zusammen mit einer durch den geerdeten Rahmen 12 gebildeten Grundelektrode dazu, ein elektrisches Feld F in dem Öffnungsbereich der Fensterscheibe 20 zu erzeugen. Der Sensor ist mit einem Steuergerät 22 verbunden, das eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode 40 erfasst und ein Steuersignal bereitstellt. Das Steuergerät 22 kann eine eigenständige Baueinheit oder Bestandteil einer elektronischen Steuerung des Elektromotors 21 sein.
Der Sensor ist in einem ersten Sensitivitätsmodus und in einem zweiten Sensitivitätsmodus betreibbar. In dem ersten Sensitivitätsmodus erfasst das Steuergerät 22 eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode 40, die durch die Anwesenheit eines Hindernisses in dem Öffnungsbereich der Fensterscheibe 20 hervorgerufen wird. Das Steuergerät 22 stellt in diesem Fall ein Steuersignal für den die Fensterscheibe 20 antreibenden Elektromotor 21 bereit. Das Steuersignal stoppt den Elektromotor 21 oder führt eine Umkehrung der Bewegung der Fensterscheibe 20 herbei, so dass ein Einklemmen des Hindernisses zwischen der Fensterscheibe 20 und dem Rahmen 12 verhindert wird.
Wird hingegen der Sensor in dem zweiten Sensitivitätsmodus betrieben, dann erfasst das Steuergerät 22 eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode 40, die durch eine auf der Fensterscheibe 20 befindliche Feuchtigkeitsschicht 23 hervorgerufen wird. Die sich als Beschlag der Fensterscheibe 20 zeigende Feuchtigkeitsschicht 23 verändert die Permittivität des elektrischen Felds und macht sich insofern als Änderung der Kapazität der Sensorelektrode 40 bemerkbar. Das Steuergerät 22 stellt in dem zweiten Sensitivitätsmodus ein Steuersignal für eine Klimaanlage bereit, die es ermöglicht, durch Regelung der Lufttemperatur, -menge und -verteilung den auf der Fensterscheibe 20 vorhandenen Beschlag 23 zu entfernen. Auf diese Weise ist eine ungetrübte Sicht durch die Fensterscheibe 20 sichergestellt.
Der Wechsel von dem ersten Sensitivitätsmodus in den zweiten Sensitivitätsmodus erfolgt in der Schliessstellung der Fensterscheibe 20. Der Sensor wird in der Offenstellung der Fensterscheibe 20 in dem ersten Sensitivitätsmodus und in der Schliessstellung der Fensterscheibe 20 in dem zweiten Sensitivitätsmodus betrieben. Bei geöffneter Fensterscheibe 20 ergibt sich somit ein kapazitiver Einklemmschutz. Dagegen stellt der Sensor bei geschlossener Fensterscheibe 20 einen Feuchtigkeitssensor dar. Alternativ ist es auch möglich, den Sensor ausschliesslich in dem zweiten Sensitivitäts modus zu betreiben. In diesem Fall fungiert der Sensor sowohl bei geschlossener als auch bei geöffneter Fensterscheibe 20 als Feuchtigkeitssensor.
Die zuvor beschriebene Vorrichtung zum Steuern und Überwachen der in der Tür 11 bewegbaren Fensterscheibe 20 zeichnet sich durch einen Sensor aus, der es ermöglicht, einen durch Kondensation auf der Fensterscheibe 20 gebildeten Beschlag 23 auf einfache und vergleichsweise kostengünstige Weise zu erkennen. Zudem zeichnet sich die Vorrichtung durch die kombinative Nutzungsmöglichkeit des Sensors sowohl als Feuchtigkeitssensor als auch für einen Einklemmschutz aus. Voraussetzung für die kombinative Nutzung des Sensors sind die unterschiedlichen Sensitivitätsmodi für die Funktion "Feuchtigkeitsermittlung" einerseits und "Einklemmschutz" andererseits. Denn die unterschiedlichen Sensitivitätsmodi gewährleisten, dass eine gegenseitige Beeinträchtigung der von dem Steuergerät 22 bereitgestellten Steuersignale und damit eine Fehlfunktion unterbleibt. Nicht zuletzt trägt die kombinative Nutzung des Sensors als Feuchtigkeitssensor und für einen Einklemmschutz dem vor allem im Fahrzeugbau vorzufindenden Anforderungen nach einer einfachen und verhältnismässig kostengünstigen Bauweise Rechung.

10: Kraftfahrzeug
11: Tür
12: Rahmen
20: Fensterscheibe
21: Elektromotor
22: Steuergerät
23: Feuchtigkeitsschicht
30: Dichtung
31: Dichtlippe
32: Haltelippe
40: Sensorelektrode
F: elektrisches Feld
y: Bewegungsrichtung

Claims

Vorrichtung zum Steuern und Überwachen eines zwischen einer Offenstellung und einer Schliessstellung bewegbaren Schliesselements (20), insbesondere einer elektrisch angetriebenen Fensterscheibe (20) eines Kraftfahrzeugs (10), mit einem Sensor, der eine Sensorelektrode (40) umfasst, die ein elektrisches Feld (F) in einem Öffnungsbereich des Schliesselements (20) erzeugt, und einem mit dem Sensor verbundenen Steuergerät (22), das eine Änderung der Kapazität der Sensorelektrode (40) erfasst und ein Steuersignal bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode (40) auf Grund des Vorhandenseins einer Feuchtigkeitsschicht (23) auf dem Schliesselement (20) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in einem ersten Sensitivitätsmodus und in einem zweiten Sensitivitätsmodus betreibbar ist, wobei das Steuergerät (22) in dem ersten Sensitivitätsmodus eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode (40) auf Grund der Anwesenheit eines Hindernisses in dem Öffnungsbereich des Schliesselements (20) erfasst und wobei das Steuergerät (22) in dem zweiten Sensitivitätsmodus eine kapazitive Änderung der Sensorelektrode (40) auf Grund des Vorhandenseins einer Feuchtigkeitsschicht (23) auf dem Schliesselement (20) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) in dem ersten Sensitivitätsmodus ein Steuersignal für einen das Schliesselement (20) antreibenden Motor (21) bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) in dem zweiten Sensitivitätsmodus ein Steuersignal für eine Klimaanlage bereitstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in der Offenstellung des Schliesselements (20) in dem ersten Sensitivitätsmodus und in der Schliessstellung des Schliesselements (20) in dem zweiten Sensitivitätsmodus betrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine das Schliesselement (20) abdichtende Dichtung (30), die aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, vorzugsweise einem elastomeren Werkstoff, gefertigt und an einem das Schliesselement (20) zumindest teilweise einfassenden Rahmen (12) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (40) im Bereich der Dichtung (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (40) in die Dichtung (30) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (40) als Metallstrang ausgebildet ist, der in die Dichtung (30) eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (40) als ein elektrisch leitfähiger Bereich der Dichtung (30) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (30) wenigstens eine Dichtlippe (31), die an dem Schliesselement (20) anliegt, und wenigstens eine Haltelippe (32), die kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rahmen (12) verbunden ist, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Grundelektrode umfasst, die vorzugsweise durch den Rahmen (12) gebildet wird.