存在检测传感器和装置的制作方法

1.本发明涉及机动车领域，并且更特别地涉及解锁对机动车辆的访问（acc
è
s）。本发明的主题是用于检测车辆附近用户的存在的方法和传感器以及包括这样的传感器的车辆。
2.本发明尤其旨在改进现有cvd和dcvd型传感器的灵敏度。


背景技术：

3.在机动车辆中，已知使用访问解锁系统，其包括用于检测用户存在的传感器。已知这样的传感器采用电容式接近传感器的形式，其使得能够检测例如用户的手在车门把手上的存在以便解锁车门，或者使得能够检测用户的脚经过车辆后备箱下方以便解锁后备箱。尤其是，当用户将手从第一位置（例如，距车门把手较远）移向第二位置（在所述把手上）时，传感器检测到这种存在，导致车门解锁。
4.在称为cvd（英语为capacitive voltage divider，或电容分压器）的已知解决方案中，检测传感器包括印刷电路，该印刷电路包括形成第一电极的所谓的“检测”电容器和所谓的“存储”电容器，它们通过开关连接到电压发生器和实现模数转换器的微控制器，从而使得能够对存储电容器中存储的电荷进行量化。
5.在传感器附近不存在用户的情况下，存储电容器充电有标称电荷，其限定了标称存储电压。当用户的手位于电极附近时，用户就像是连接到地的第二电极，这使检测电容器的电容值增大到超过在没有用户时测得的其标称电容值。
6.为了检测用户的存在，传感器首先包括使得能够对存储电容器充电的采集阶段，其中所述电容器被预先放电。该采集阶段首先包括电压发生器为检测电容器充电，其次是电流从检测电容器中存储的电荷传导输送至存储电容器。随后在称为测量阶段的第二阶段测量存储电容器两端的电压。
7.当在没有任何用户靠近传感器附近的情况下对存储电容器充电时，其在采集阶段结束时的电荷对应于其标称电荷值并且其两端的存储电压因此对应于标称存储电压。与之相反，当采集阶段期间有用户在传感器附近时，由于用户的存在，检测电容器的电容值会增大，这导致在采集阶段结束时在存储电容器两端限定的电压高于由在传感器附近无人存在的情况下测得的标称电荷限定的电压。在这种情况下，存储电容器两端的电压等于检测电压，所述检测电压高于标称存储电压。一旦检测到用户，微控制器就向车辆的电子计算机发送检测信号，使得电子计算机对用户进行认证并在适当的情况下解锁一个或多个开启部件（ouvrant）。
8.这种cvd类型的解决方案使得能够测量和快速检测用户的存在。然而，已经注意到这种操作可能会产生非常高的电磁干扰，尤其是低频噪声，这可能会干扰车辆的其他电子装置。此外，这样的传感器的灵敏度可能相对较低，这意味着检测距离较短。
9.此外，为了至少部分地弥补这些缺点，已知使用称为dcvd（英语为differential capacitive voltage divider，或差分电容分压器）的替代解决方案。在该解决方案中，检测传感器与cvd解决方案的检测传感器相同，但包括不同的开关布置，以使其以不同方式操
作。该解决方案首先包括执行与cvd解决方案的采集阶段相同的第一采集阶段，之后是第二采集阶段，包括从由电压发生器递送的电压对存储电容器充电，然后将存储电容器放电到检测电容器中。
10.当检测电容器在没有用户靠近传感器附近的情况下被充电时，在第二采集阶段结束时检测电容器的电荷对应于其标称电荷值，并且因此在存储电容器两端的存储电压对应于标称存储电压。与之相反，当用户在第二采集阶段期间出现在传感器附近时，检测电容器的电容值增大，使得在采集阶段结束时在其两端限定的电压低于由在传感器附近无人存在的情况下测得的标称电荷限定的电压。
11.一旦第一采集阶段和第二采集阶段完成，微控制器就分析在第一采集阶段期间测得的电压（其在传感器附近存在用户的情况下增大）与在第二采集阶段期间测得的电压（其在传感器附近存在用户的情况下减小）之差。这两个采集阶段的串接可能会显著增大测量持续时间，从而使得检测传感器附近的用户存在特别耗时，这是一个主要缺点。
12.dcvd电容测量使用电容分压桥原理：在电极电容器的两端测得的电压与其自身的电容相关联。为了具有令人满意的灵敏度，由微控制器的模数转换器执行的该电压测量须具有尽可能好的分辨率，即由模数转换器测得的数字值的数字变化对应于尽可能低的电压变化。
13.与数字相对应的电压由下式给出：【数学式1】，其中adc
bit
对应于模数转换器的比特数，并且v
ref_adc
对应于模数转换器的基准电压。
14.因此，可以通过减小v
ref_adc
或通过增大adc
bit
来降低灵敏度。
15.在现有技术中已知通过在微控制器的输入端使用电阻分压桥来调整基准电压v
ref_adc
以使模数转换器的基准电压v
ref_adc
尽可能接近地适配至传感器的工作区。该基准电压v
ref_adc
应被调整成使得其始终高于待测电压，否则测量会饱和。
16.然而，事实证明，对于这样的电路，电容dcvd信号有时会太弱而不能具有令人满意的灵敏度。此外，通过电阻分压桥调整基准电压v
ref_adc
无法最大化模数转换器的分辨率，这是因为为了避免在最坏情况下的饱和，于是需要高估基准电压v
ref_adc
。
17.因此，需要简单、可靠且有效的解决方案，其使得能够至少部分地弥补这些缺点，并且尤其是旨在改进现有检测传感器的灵敏度。


技术实现要素：

18.为此，本发明的主题首先是用于解锁机动车辆的开启部件的存在检测传感器，所述传感器包括：
‑ꢀ
微控制器，其包括模数转换器、第一输入输出端口、构成所述模数转换器的电压基准的第二输入输出端口、为微控制器馈送电压的第三输入输出端口、称为“连接输入输出端口”的第四输入输出端口和第五输入输出端口，
‑ꢀ
电容分压器，其连接到所述连接输入输出端口并且包括至少一个检测电容器和
至少一个存储电容器，传感器的特征在于，它包括连接在微控制器的第一输入输出端口与第二输入输出端口之间的电阻模块和连接在微控制器的第二输入输出端口与接地之间的电容模块，并且在于，微控制器被配置成以内部方式连接第一输入输出端口和第三输入输出端口达预定持续时间，称为电容模块的“充电持续时间”，以动态地建立模数转换器的基准电压。“输入输出”意指输入、或输出、或在适用的情况下同时输入和输出。
19.这样，微控制器可以经由电阻模块来操控电容模块的充电，以动态地设定模数转换器的基准电压，从而优化传感器的灵敏度。换言之，这样的操控使得能够使用最佳基准电压，从而使得能够在灵敏度方面改进传感器的性能。此外，使用微控制器可以动态地操控其充电的电容模块而非用微控制器持久地操控基准电压使得能够降低传感器的耗电。此外，与现有解决方案（尤其是在“vref hopping（基准电压跳跃）”型架构中，本领域技术人员已知其原理）相比，使用电阻模块和电容模块使得能够减少所需的部件和资源的数量。
20.优选地，电阻模块由单个电阻器构成，称为“输入电阻器”，以简化传感器的架构。例如，输入电阻器的值约为500欧姆。
21.仍优选地，电容模块由单个电容器构成，称为“输入电容器”，例如具有约220nf的值，以简化传感器的架构。
22.电容分压器既可以是cvd型也可以是dcvd型。
23.本发明还涉及包括至少一个如上所述的传感器的机动车辆。
24.最后，本发明涉及用于检测如上所述的传感器附近用户的存在的方法，所述方法包括：
‑ꢀ
初始化阶段，在此期间，微控制器首先通过将第一输入输出端口连接到第三输入输出端口达充电持续时间来将电容模块充电至馈电电压，然后微控制器在充电结束后执行电容测量，以从中推导出最佳基准电压和获得该最佳基准电压所需的充电时间，
‑ꢀ
基准获得阶段，在此期间，微控制器控制电容分压器，以使其在初始化阶段确定的最佳基准电压下执行一系列电容测量，以便获得被测电容信号的基准值，例如，与所执行的连续电容测量（例如，在4到8次采集之间）的平均值相对应的数字值，
‑ꢀ
测量阶段，在此期间，微控制器将电容分压器控制为所确定的最佳基准电压，并且所述电容分压器周期性地测量存储电容器两端的电压值，以检测传感器附近是否有人存在。
25.术语“电容测量”意指测量在存储电容器两端限定的电压。
26.根据本发明的一个方面，当微控制器在测量阶段期间检测到模数转换器饱和时，则微控制器再次执行初始化阶段和基准获得阶段以修改最佳基准电压和电容信号基准，然后恢复测量阶段。
27.优选地，最佳基准电压比在存储电容器两端测得的电压高10%至20%，以避免在传感器标称操作时所述电压信号饱和，所述传感器标称操作例如在如下情况下：在把手传感器的情况下，手置于开启部件的把手上，手掌在整个解锁区域上，或者手指按压在锁定区域上。
28.在一个实施例中，该方法在基准获得阶段和测量阶段之间包括确定阶段，在此期间，微控制器基于基准电容信号来确定用于检测人的存在的至少一个检测阈值，然后执行
测量阶段，以便根据所确定的该至少一个检测阈值来检测传感器附近是否有人存在。
附图说明
29.通过阅读以下描述，本发明的另外的特征和优点将进一步显现。该描述纯粹是例证性的，并且应参考附图阅读，其中：图1示出了根据本发明的传感器的第一实施例；图2示出了根据本发明的传感器的第二实施例；图3示出了根据本发明的方法的实施例。
具体实施方式
30.根据本发明的传感器旨在安装在机动车辆中，并且更特别地，安装在机动车辆的车门把手中或后备箱附近，以便检测用户的存在，例如，从而使得能够解锁车辆的开启部件。
31.图1中示出了根据本发明的传感器1的电子电路的示例。传感器1包括微控制器10和电容分压器20。
32.微控制器10包括模数转换器adc、第一输入输出端口e1、第二输入输出端口e2、第三输入输出端口e3、第四输入输出端口s1和第五输入输出端口s2，后两个端口表示连接输入输出端口s1、s2。术语“微控制器10包括模数转换器adc”意指微控制器10实现硬件模数转换器adc或被配置成以软件方式实施模数转换器adc。
33.微控制器10被配置成在内部电连接第一输入输出端口e1和第三输入输出端口e3，使得它们处于相同的电位，并且在内部电气断开第一输入输出端口e1和第三输入输出端口e3。第二输入输出端口e2构成模数转换器adc的电压基准。第三输入输出端口e3是用于向微控制器10馈送馈电电压vcc的输入端，本身是已知的。
34.在接下来描述的示例中，传感器1是cvd（差分电容分压器）型传感器，但在另一实施例中，它同样可以是dcvd（电容分压器）型传感器。
35.电容分压器20包括第一检测电容器ce和第一存储电容器cext。第一存储电容器cext的每个接头分别电连接到连接输入输出端口s1、s2。电阻器r1连接在第四输入输出端口s1和与馈电电压vcc相连的第一检测电容器ce的端子之间。第一检测电容器ce代表传感器1的电极的等效电容，其随着用户的身体部位（例如手）的靠近而变化。为了能够对第一检测电容器ce充电并以cvd或dcvd模式检测存在，可以以本身已知的方式（经由开关，图中未示出）间歇性地将第一检测电容器ce连接到馈电电压vcc。
36.传感器1包括连接在微控制器10的第一输入输出端口e1与第二输入输出端口e2之间的电阻模块rin和连接在微控制器10的第二输入输出端口e2与接地m之间的电容模块cin。在该优选示例中，电阻模块rin由单个电阻器构成，称为“输入电阻器”，并且电容模块cin由单个电容器构成，称为“输入电容器”。在另一实施例中，电阻模块rin可以包括多个电阻器并且电容模块cin可以包括多个电容器。
37.微控制器10被配置成以内部方式连接第一输入输出端口e1和第三输入输出端口e3达预定持续时间，称为“充电持续时间”，以便为电容模块cin充电，从而动态地建立模数转换器adc的基准电压。
38.在图2所示的第二实施例中，微控制器10还包括第六输入输出端口s3（称为“连接输入输出端口”，如同第四输入输出端口s1和第五输入输出端口s2那样），并且电容分压器20除了第一实施例中已经存在的元件之外还包括第一滤波电容器c1、第二存储电容器cext2、第二滤波电容器c2、第二电阻器r2和第二检测电容器ce2。
39.第一滤波电容器c1连接在微控制器10的第一输入输出端口s1与接地m之间，并且使得能够对经由第一电阻器r1在第一输入输出端口s1和第一检测电容器ce之间流动的电流信号进行滤波。第一电阻器r1连接在微控制器10的第一输入输出端口s1与解锁端子（标为“解锁”）之间，解锁端子用来体现用于解锁车辆的开启部件的电极，由第一检测电容器ce表示。换言之，当在解锁端子“解锁”上测得的电压超过预定阈值时，检测到用户的解锁请求检测。
40.第二存储电容器cext2连接在微控制器10的第五输入输出端口s2与第六输入输出端口s3之间。第二滤波电容器c2连接在微控制器10的第六输入输出端口s3与接地m之间，并且使得能够对经由第二电阻器r2在第六输入输出端口s3和第二检测电容器ce2之间流动的电流信号进行滤波。第二电阻器r2连接在微控制器的第三输入输出端口s3与锁定端子（标为“锁定”）之间，锁定端子用来体现用于锁定车辆的开启部件的电极，由第二检测电容器ce2表示，不同于解锁电极。换言之，当在锁定端子“锁定”上测得的电压超过预定阈值时，检测到用户的锁定请求检测。
41.作为变型，要指出的是，电容分压器20可以在实现相同功能的同时包括不同数量和不同类型的部件和/或以不同方式布置。
42.现在将尤其参考图3来描述根据本发明的方法的实施例。
43.首先，微控制器10将第一输入输出端口e1与第三输入输出端口e3电连接，使得在第一输入输出端口e1与接地m之间限定的电压等于微控制器10的馈电电压vcc，馈电电压vcc本身限定在第三输入输出端口e3与接地m之间。
44.在第一输入输出端口e1与接地m之间限定的该电压使得能够经由电阻模块rin的输入电阻器并且在第二输入输出端口e2处为电容模块cin的输入电容器充电，这构成了模数转换器adc的基准电压。第一输入输出端口e1和第三输入输出端口e3之间的电连接时间于是限定了对电容模块cin的输入电容器的充电时间。这样，微控制器10可以通过根据下式调整充电时间t来调节模数转换器adc的基准电压：【数学式2】，其中v
ref_adc
为模数转换器adc的基准电压，vcc为微控制器10的馈电电压，“rin”为电阻模块rin的输入电阻器的值，并且“cin”为电容模块cin的输入电容器的值。
45.在充电持续时间结束时，微控制器10将第一输入输出端口e1和第三输入输出端口e3电气断开，使得电容模块cin的输入电容器两端的电压设定并稳定。微控制器10然后测量限定在第四输入输出端口s1与接地m之间的电压，即限定在第一存储电容器cext两端的电压，其变化反映了第一检测电容器ce的变化。
46.一旦充好电，微控制器10使用电容分压器20对存储电容器cext两端的电压执行电容测量，以便从中推导出最佳基准电压，该最佳基准电压略高于测得电压，例如高10%，并且
从中推导出获得此最佳基准电压所需的充电时间。
47.随后，在基准获得阶段ph2中，微控制器10控制电容分压器20以使其在初始化阶段ph1期间确定的最佳基准电压下执行一系列电容测量，以获得电容信号基准值，其随后将使得能够以本身已知的方式确定将用作检测判据的检测阈值。
48.接下来，在测量阶段ph3中，微控制器10控制电容分压器20以使其周期性地测量限定在第四输入输出端口s1与接地m之间的电压值（第一存储电容器cext两端的电压）并将其与在基准获得阶段ph2期间确定的最佳基准电压进行比较，以便检测传感器附近是否有人（例如，手）存在。
49.如果微控制器10没有检测到模数转换器adc饱和，即模数转换器adc的输出值低于（2
adc_bits
ꢀ–ꢀ
裕度），其中adc_bits为模数转换器adc的比特数，则微控制器10继续使用在初始化阶段ph1期间限定的最佳基准电压的值。
50.如果微控制器10检测到模数转换器adc饱和，即模数转换器adc的输出值高于（2
adc_bits
ꢀ–ꢀ
裕度），则微控制器10再次执行初始化阶段ph1和基准获得阶段ph2以修改最佳基准电压和电容信号基准，然后再次周期性地执行阶段ph3。
51.上面的示例是针对在解锁开启部件的情况下检测存在而给出的，同时参考图1和图2（尤其是图2的端子“解锁”），但是这些示例也适用于在锁定开启部件的情况下检测存在，同时参考图1和图2（尤其是图2的端子“锁定”）。
52.这样，根据本发明的方法使得微控制器10能够适配模数转换器adc的基准电压v
ref_adc
，以便优化传感器1的使用并从而改进其标称性能。
53.在“基准电压跳跃”型架构中，本发明通过使得能够基于电容模块cin的电荷来操控基准电压而尤其使得能够减少部件的类型，以便以本领域技术人员已知的方式限定“基准电压跳跃”的水平。
54.附图标记1：传感器10：微控制器20：电容分压器adc：模数转换器e1：第一输入输出端口e2：第二输入输出端口e3：第三输入输出端口s1：第四输入输出端口（称为“连接输入输出端口”）s2：第五输入输出端口（称为“连接输入输出端口”）vcc：馈电电压ce：第一检测电容器cext：第一存储电容器r1：电阻器m：接地rin：电阻模块cin：电容模块
s3：第六输入输出端口（称为“连接输入输出端口”）c1：第一滤波电容器cext2：第二存储电容器c2：第二滤波电容器r2：第二电阻器ce2：第二检测电容器解锁：解锁端子锁定：锁定端子