專利名稱：一種電動車窗防夾傳感器及方法
技術領域：
本發明涉及一種用于汽車中電動車窗的防夾傳感器，還涉及到電動車窗防夾的方法。
背景技術：
目前，全球大部分汽車均配備了電動車窗，但電動車窗在升起的過程中有可能夾住人體的肢體造成對人體特別是對兒童的傷害。為此，美國和歐洲均頒布了法規，要求電動車窗必須配備防夾裝置，歐美的法規要求，電動車窗升起時產生的夾力不得大于100牛頓，當夾力超過100牛頓時，防夾裝置必須使電動車窗反向運動到對人體安全的位置。迄今為止，全球中高檔汽車已全部配置了防夾裝置，但現有防夾裝置采用的技術存在若干缺陷，仍不能從根本上杜絕電動車窗對人體的傷害。現有電動車窗防夾傳感技術可以歸納為以下4類:
第一類:間接測量壓力傳感技術類
目前整車前裝市場電動車窗防夾產品幾乎100%采用了通過電阻或霍爾元件測量升降電機電流間接測量壓力的傳感技術，該技術是利用當電動車窗在升起的過程中遇到障礙物造成的壓力變大引起電機電流增大的原理，用電機電流的變化間接推算壓力的變化實現防夾目的。由于車窗升降時受到橡膠密封條的摩擦阻力與車窗升起的位置相關，因此，目前成熟的電動車窗防夾產品通常都采用附加霍爾或光電位置傳感器來測定車窗的位置以輔助計算車窗升降過程中正常壓力值。上述防夾傳感技術存在以下缺陷:
1、試驗產品可以針對試驗車輛進行細致的標定使其防夾力滿足法規100N的要求，但產品批量生產時由于電機電器參數的不一致性、橡膠密封條摩擦力的不一致性、車窗框架及升降機械結構的加工不一致性等 因素的影響，很難保證批量產品防夾力滿足法規要求的一致性。2、產品出廠后由于橡膠密封條受環境溫度影響硬度發生變化、老化變形、升降機械結構的磨損變形、車窗框架的變形等因素造成摩擦力或壓力變化容易導致防夾系統出現下述兩類誤判故障:(1)若正常摩擦力或壓力減小，當遇到障礙物夾力達到或超過100N時，防夾裝置可能會誤認為尚未達到100N而不反向動做，從而造成對人體的傷害；(2)若正常摩擦力或壓力增大到超過法規要求的100N時，在沒有任何障礙物的情況下，防夾裝置可能產生誤動做，導致車窗無法正常升起。除上述基于測量電流變化間接測量壓力的技術外，近年來還有人提出在車窗上邊框的密封橡膠條內設置光纖，當橡膠條受到擠壓變形時光纖也會變形，測定通過光纖的激光光束形成的圖形的變化可以間接推算出夾力的大小，但該技術仍會受到橡膠密封條老化變形或由于溫度變化引起的橡膠硬度變化的影響，同樣存在上述缺陷。第二類:直接測量壓力傳感器技術類
在車窗框架上方橡膠密封條處或在車窗玻璃底部直接設置壓力傳感器，直接測量壓力的傳感技術。由于橡膠密封條老化或受溫度變化導致硬度變化及密封條摩擦力變化的影響，同樣存在上述間接測量壓力傳感技術的缺陷，同時壓力轉感器的安裝方式復雜、成本偏高。因此該技術沒有被汽車前裝市場采用。第三類:光電式測量障礙物傳感技術類
采用紅外光在車窗框架范圍內形成紅外光幕，當有遮擋物遮擋紅外光幕時，接收到的紅外光強會發生變化，可以做到非接觸式防夾。其缺點是一方面紅外光容易受到雨、霧、灰塵等惡劣天氣的影響；另一方面，形成紅外光幕需要多對紅外發射和接收裝置，安裝難度大、成本過高。因此，雖然歐美的法規專門為紅外光技術制定了標準，但此技術至今仍沒有被應用于汽車前裝市場。第四類:電容式測量人體接近傳感技術類
電容式測量人體接近傳感技術的基本原理是利用人體接近電容電極時改變了電容介電常數，而電容量與介電常數成正比。因此，依據電容量的變化可以感知人體接近的程度。現有電容式防夾傳感技術依據電容電極的設置位置分為以下兩大類:
1、在車窗上部密封區域安裝電容檢測電極
如專利 US6337549、US6377009、US7293467、US20030005775, US6483054、US6389752、US731930U CN200880114004.5
這類技術使用嵌入玻璃窗上部密封條內的金屬電極檢測電容變化。當導電體靠近檢測電極時，由于電極附近的介電常數發生變化造成電極間的電容改變實現非接觸防夾。US6337549在密封條內設中空區域或填充海綿材料增加彈性，當非導電物體進入防夾區域時,上升的車窗夾住非導電體,夾力使密封條發生形變,密封條內的檢測電極位移造成電容變化實現有限夾力防夾。專利US6377009采用窄脈沖對電容充放電的方法減少水分等外界因素干擾；同時配合位置傳感器和電機電流檢測電路，使用自適應算法修正由于材質老化和變形等緩慢變化因素造成的系統偏差。2、在車窗玻璃上部安裝電容檢測電極
這類方法使用絲印在玻璃上部的檢測電極檢測導電物體(如US4453112，國內專利申請號200610060104.7)，同時配合位置檢測電路，記錄正常狀態下位置-電容曲線。當某位置電容值超過一定閾值時控制車窗馬達帶動車窗下降。上述現有的電容式防夾方法存在以下缺陷:
(I)開放式的檢測電極無法判斷物體的方位。由于電場線環繞在檢測電極的周圍，遇到側面靠近的導電體如乘員的頭部，或者手握側面的扶手時會使檢測系統判斷失誤。(2)安裝在密封條內的電極會因為橡膠老化、溫度變化、裝配不當、車門形變等產生應力而造成變形，干擾信號檢測。(3)外界溫濕度變化會使介電常數發生改變，對檢測電路產生干擾。(4)使用帶屏蔽層的(類似同軸電纜)的檢測導線雖然不受外界環境的影響，但無法實現非接觸防夾，同時也存在上述第(2)條描述的缺陷。因此，現有各種電容式防夾技術也未被汽車前裝市場采用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服上述現有技術之不足，提供一種可以實現零夾力防夾、抗干擾性強、檢測準確的電動車窗防夾傳感器。
本發明所要解決的另一技術問題在于克服上述現有技術之不足，提供一種可以實現零夾力防夾、抗干擾性強的電動車窗防夾方法。按照本發明提供的一種電動車窗防夾傳感器，包括在車窗玻璃上沿表面設置至少兩個電容和傳感器檢測電路，其中位于最上部的電容構成主檢測電容Cl，位于下部的電容構成輔助檢測電容C2，所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2作為敏感元件以測量是否有人體的肢體接近或接觸車窗玻璃的上沿，所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2由于人體接近產生的電容量變化信號傳輸到所述傳感器檢測電路，所述傳感器檢測電路依據檢測到的所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的變化信號產生控制電動車窗升降電機動作的控制信號。按照本發明提供的一種電動車窗防夾傳感器還具有如下附屬技術特征:
在車窗玻璃上沿的同一表面按一定間距平行設置至少三個呈長條形分布的電容電極，相鄰所述電容電極分別構成所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2。在所述車窗玻璃上沿的內表面和外表面的對稱位置按一定間距平行設置至少兩對長條形分布的電容電極，其中位于最上部的一對所述電容電極構成所述主檢測電容Cl,位于下部的其余所述電容電極構成所述輔助檢測電容C2。車窗玻璃上沿的一個表面設置一個共用電極，另外一個表面設置有上下分布的兩個電極，另外一個表面的上部電極與共用電極構成所述主檢測電容Cl,另外一個表面的下部電極與共用電極構成所述輔助檢測電容C2。所述主檢測電容Cl距車窗玻璃的頂壁的距離為0_5mm，所述主檢測電容Cl與所述輔助檢測電容C2的間距為所述電極的寬度為lmm-8mm。所述傳感器檢測電路包括一激勵信號發生器、至少兩路模擬濾波電路、一模數轉換電路和一微控制器，所述激勵信號發生器分別接入所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的其中一個電極，所述主檢測電容和輔助檢測電容的另一個電極分別接入所述模擬濾波電路，并通過所述模數轉換電路將所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的變化信號分別轉換成數字信號，所述微控制器依據接收到的數字信號通過軟件算法產生控制電動車窗升降電機的控制信號。每路所述模擬濾波電路中至少包含一個與所述主檢測電容或所述輔助檢測電容相串聯的串聯濾波電容。每路所述模擬濾波電路中至少包含一個對地并聯的并聯濾波電容。所述激勵信號發生器與所述主檢測電容之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C7，所述激勵信號發生器與所述輔助檢測電容之間至少包含一個接地的并聯濾波電容CS。位于車窗玻璃內表面的電極引線和外表面的電極引線分別位于車窗玻璃的左右兩側；或位于車窗玻璃上的電極引線中至少一條位于一側，其余位于另外一側。所述電極的長度至少覆蓋車窗玻璃有可能夾住人體的位置。所述電極的覆蓋有絕緣層。每條所述電極由多個電極板串接而成；或每條所述電極為折線結構。所述電極粘結、印刷、鑲嵌或蝕刻在車窗玻璃上。按照本發明提供的一種電動車窗防夾檢測方法，在車窗玻璃上沿設置一對主檢測電容，在所述主檢測電容的下方設置至少一對輔助檢測電容；基于，若有人體接近車窗玻璃上沿方向時，主檢測電容的電容量變化顯著大于輔助檢測電容的電容量變化，作為有人體接近車窗玻璃上沿附近的判斷條件；傳感器檢測電路接收主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化信號，依據上述判斷條件進行判斷，產生控制信號。按照本發明提供的一種電動車窗防夾檢測方法還具有如下附屬技術特征:
基于,若當人體從車窗玻璃側面接近主檢測電容和輔助檢測電容時，由于人體距主檢測電容和輔助檢測電容的距離差別不大，由此引起的主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化基本相等；若人體從輔助檢測電容的下方接近車窗玻璃側面，由于人體距輔助檢測電容的距離小于主檢測電容，由此引起的輔助檢測電容的電容量變化會顯著大于主檢測電容的電容量變化，作為人體接近車窗玻璃上沿方向的判斷條件。基于，由溫度變化或附著在車窗玻璃上的雨水、霧水、雪水、電磁干擾環境因素引起的主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化基本是相等的，作為消除上述環境變化因素引起的影響的判斷條件。一激勵信號發生器向主檢測電容和輔助檢測電容輸入一激勵信號，激勵信號經過主檢測電容和輔助檢測電容產生變化后，輸入與其相連接的模擬濾波電路中，每路激勵信號經模擬濾波電路處理后傳輸到模數轉換電路，模數轉換電路將模擬信號轉換成數字信號后傳輸至微控制器中，微控制器根據轉換后的每路數字信號進行差分運算，產生控制信號。按照本發明提供的電動車窗防夾傳感器與現有技術相比具有如下優點:本發明由于所述主檢測電容Cl的兩個電極距玻璃的上沿較近，而所述輔助檢測電容C2的兩個電極距玻璃上沿的距離較遠，當人體肢體接近或接觸玻璃上沿時，引起主檢測電容Cl的變化量將遠大于輔助檢測電容C2的變化量；而第一，對于溫度變化導致的玻璃介電常數的變化對主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的影響幾乎是相等的；第二附著在車窗玻璃側面的雨、霧、雪對主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的影響也基本是相等的。由此，就可以依據主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2變化量的比例區分人體肢體和溫度、雨、霧、雪等外界環境因素變化引起的主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2變化，從而克服現有各種電容式和紅外光電式電動車窗防夾傳感器容易受到溫度變化、雨或霧等惡劣天氣變化、車窗密封橡膠條老化變形、車窗框架變形等環境變化干擾而導致的誤判問題。同理，當人體肢體從側面接近車窗玻璃上沿附近時，對主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的影響也是基本相等的，而當人體肢體從側面接近車窗玻璃輔助檢測電容C2以下區域時，對輔助檢測電容C2的影響將遠大于對主檢測電容Cl的影響，據此，可以區分人體肢體接近或接觸車窗玻璃的方向或區域，從而可以克服現有各種電容式電動車窗防夾傳感器敏感區域方向選擇性不強導致的誤判問題。本方法無需測量壓力，可以實現零夾力防夾，從根本上杜絕電動車窗可能對人體造成的傷害；本方法利于實現，適合推廣應用。1、與現有基于直接或間接壓力測量技術的防夾傳感器相比，本發明提供的防夾傳感器有以下優點:
(I)本發明提供的防夾傳感器基于測量人體接近引起的電容變化，與壓力無關，可以實現零夾力防夾，從根本上保證人體的安全；
(2 )本發明提供的防夾傳感器克服了由于受到密封橡膠條摩擦力不一致性和車窗框架及升降機械結構加工、安裝不一致性的影響而導致的產品性能不一致性，便于批量生產；(3 )本發明提供的防夾傳感器杜絕了由于受到密封橡膠條老化變形和車窗框架及升降機械老化變形的影響而容易導致的產品故障，使得產品的可靠性和安全性更高；
(4)本發明提供的防夾傳感器，工藝簡單、材料成本低廉，具有明顯的成本優勢。2、與現有基于紅外光測量的防夾傳感器相比，本發明提供的防夾傳感器有以下優點:
(1)本發明提供的防夾傳感器杜絕了由于受到雨、霧、灰塵等惡劣天氣的影響而容易導致的產品故障，使得產品的可靠性和安全性更高；
(2)本發明提供的防夾傳感器，工藝簡單、材料成本低廉，具有明顯的成本優勢。3、與現有基于電容測量的防夾傳感器相比，本發明提供的防夾傳感器有以下優
占-
(1)本發明提供的防夾傳感器可以有效克服溫度、雨、霧、雪等外界環境變化對電容傳感器的影響而容易導致的產品故障，使得產品的可靠性和安全性更高；
(2)本發明提供的防夾傳感器有效地解決了現有電容式傳感器感應區域方向選擇性不好而容易導致的防夾誤動作問題，使得產品的性能和可靠性更高；
(3)本發明提供的防夾 傳感器工藝簡單，更加便于批量生產。


圖1是本發明設置在車窗玻璃內表面的電容電極的示意圖。圖2是本發明設置在車窗玻璃外表面的電容電極不意圖。圖3是本發明設置在車窗玻璃內外表面的電容電極剖面意圖。圖4是本發明設置在車窗玻璃內外表面的電容電極無人體接近條件下的電場分布示意圖。圖5是本發明設置在車窗玻璃上下兩對電容電極之間在無人體接近條件下的電場分布示意圖。圖6是本發明設置在車窗玻璃內外表面的電容電極有人體接近條件下的電場分布示意圖。圖7是本發明的電路原理示意圖。圖8是本發明優選實施例的示意圖。圖9是本發明另一種實施例的電容電極示意圖。圖10是圖9的電極的電場分布示意圖。圖11是本發明中電容電極的形狀的第一實施例的示意圖。圖12是本發明中電容電極的形狀的第二實施例的示意圖。圖13是本發明中電容電極的形狀的第三實施例的示意圖。圖14是本發明中電極引線的走向的第一實施例的外表面的示意圖。圖15是本發明中電極引線的走向的第一實施例的內表面的示意圖。圖16是本發明中電極引線的走向的第二實施例的外表面的示意圖。圖17是本發明中電極引線的走向的第二實施例的內表面的示意圖。圖18是本發明中電極引線的走向的第三實施例的外表面的示意圖。圖19是本發明中電極引線的走向的第三實施例的內表面的示意圖。
圖20是本發明中電容電極第四實施例的示意圖。圖21是本發明中電容電極第四實施例的電場分布示意圖。圖22是本發明中電容電極第四實施例的有人接近條件下的電場分布示意圖。圖23是本發明中電容電極第四實施例的引線走向示意圖。圖24是本發明中電容電極第四實施例的電路原理圖。圖25是本發明中電容電極第五實施例的示意圖。
具體實施例方式本發明的測量原理如下:
電容的基本原理是:如不考慮電容的邊緣效應均勻介質電容的電容量為C= e S/d
式中，e為極板間介質的介電常數，e = e0* e r, e0為真空中的介電常數，e 0=8.854 10_12F/m， e r是介質相對真空的介電常數，空氣的相對介電常數er^l，其它介質e r>l; S為極板的面積；d為極板的間距。由于被測量的變化引起電容式傳感器有關參數e、S、d的變化，使電容量C隨之變化。`本發明的測量原理如圖4所示，電極I和電極2組成了主檢測電容Cl，電極3和電極4組成了輔助檢測電容C2，從電場線分布可以看出，主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2之間的介質由兩部分組成:一部分是電容兩個極板之間的玻璃，另一部分是電容兩極板附近的空氣，因此主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的介電常數是所述兩部分介質的平均介電常數。空氣的介電常數約為1、玻璃的介電常數約為4,水的節點常數約為80,而人體的含水量高達70%，人體的介電常數約為60.若有人體接近車窗玻璃的上沿14方向時，主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的平均介電常數將顯著增大，但由于人體距檢測主檢測電容Cl的距離較近距輔助檢測電容C2的距離較遠，因此主檢測電容Cl的電容量變化顯著大于輔助檢測電容C2的電容量變化；若當人體從車窗玻璃13側面接近主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2時，由于人體距主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的距離差別不大，由此引起的主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的電容量變化基本相等；若人體從輔助檢測電容C2的下方接近車窗玻璃13側面，由于人體距輔助檢測電容C2的距離小于主檢測電容Cl，由此引起的輔助檢測電容C2的電容量變化會顯著大于主檢測電容Cl的電容量變化。基于上述討論可以看出通過主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的電容量變化的大小可以判斷是否有人體接近車窗玻璃上沿14附近，同時可以準確判斷人體接近區域的方向。另外，由溫度變化或附著在車窗玻璃上的雨水、霧水、雪水等環境因素引起的主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的電容量變化基本是相等的，據此，可以消除上述環境變化因素引起的影響。在闡述了本發明的發明原理后，下面給出利用本原理對汽車電動車窗防夾傳感器的結構進行闡述。參見圖1至圖11，按照本發明提供的一種電動車窗防夾傳感器，包括在車窗玻璃的上沿14的內表面和外表面的對稱位置按一定間距平行設置的兩對長條形電容電極1、2、
3、4和傳感器檢測電路,其中位于最上部的內外一對所述電極1、2構成主檢測電容Cl，位于下部的內外一對所述電極3、4構成輔助檢測電容C2，所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2作為敏感元件以測量是否有人體的肢體接近或接觸車窗玻璃的上沿14，所述主檢測電容和所述輔助檢測電容由于人體接近產生的電容量變化信號傳輸到所述傳感器檢測電路，所述傳感器檢測電路依據檢測到的所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的變化信號產生控制電動車窗升降電機動作的控制信號。本發明中的電極也可以設置多對，比如三對或四對。但位于最頂部的一對電極為主檢測電容，其他的構成輔助檢測電容。其中在本發明中所謂的主檢測電容為對位于車窗玻璃13上方最為敏感的電容，輔助檢測電容主要是為了消除干擾或進行方向判斷而設置的，即通過主檢測電容與輔助檢測電容的差分運算獲得控制信號。當依據主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的變化信號判斷出有人體肢體接近或接觸車窗玻璃的上沿14時，無需檢測壓力即可控制電機停止或反向運動以實現零夾力防夾的目的。本發明中所稱的車窗玻璃的上沿指的是車窗玻璃露置在外的邊，也可以稱為玻璃前進方向的邊，即有可能夾到人的位置。其中對于車門的車窗玻璃指的是玻璃頂部的邊，而對于天窗玻璃的上沿則指的是玻璃的前部邊沿，該邊沿是能夠夾到人的位置。參見圖3，在本發明給出的上述實施例中，所述主檢測電容Cl距車窗玻璃13的頂壁的距離為0_5mm,優選方案為0_2mm,具體數值可以選擇為lmm、2mm、3mm等。所述主檢測電容Cl與所述輔助檢測電容C2的間距為2mm-10mm，優選方案為2mm-4mm，具體數值可以選為2mm、3mm、4mm, 5mm, 7mm和9mm等。所述電極的寬度為優選方案為具體數值可以選為1mm、2mm、3mm、5mm和7mm等。上述尺寸范圍能夠更好的滿足本發明的需要，這因為所述主檢測電容Cl距離車窗玻璃的頂壁太遠，則會影響其檢測精度。而所述主檢測電容Cl與所述輔助檢測電容C2的間距太大，則會影響兩者對干擾信號的同步感應，進而影響其檢測精度。而所述電極的寬度則使其形成的電容磁場分布更好，也更為合理，能夠滿足本發明的測量需要。所述電極的長度至少覆蓋車窗玻璃13有可能夾住人體的位置，從而能夠防止車窗玻璃上的死角，該范圍一般是指車窗玻璃前進方向的端部。所述電極的覆蓋有絕緣層9，所述絕緣層9起到保護的作用，同時，也能夠進一步的消除干擾，防止磨損。參見圖7，在本發明給出的上述實施例中，所述傳感器檢測電路包括一激勵信號發生器22、兩路模擬濾波電路18、19、一模數轉換電路23和一微控制器24，所述激勵信號發生器22分別接入所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2的其中一個電極1、3，所述主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的另一個電極2、4分別接入所述模擬濾波電路18、19，并通過所述模數轉換電路23將所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的變化信號分別轉換成數字信號，所述微控制器24依據接收到的數字信號通過軟件算法產生控制電動車窗升降電機25的控制信號。本發明中的模擬濾波電路設置的路數與主檢測電容和輔助檢測電容的數量相同，即每個檢測電容設置有一路模擬濾波電路，并且模數轉換電路23為多道模數轉換電路，其與模擬濾波電路的數量相同，即分別對每路的模擬濾波電路進行模數轉換。本發明中的激勵信號發生器22能夠產生激勵信號，該激勵信號可以為正弦波、方波等。所述模擬濾波電路18、19能夠對模擬信號進行預處理，使其能夠進行模數轉換。而所述模數轉換電路23則對模擬信號轉換成數字信號。微控制器24對數字信號進行處理，產生控制信號，控制信號可以直接驅動電動車窗的電機，也可以傳輸至車載電腦中，由車載電腦控制。所述激勵信號發生器22、模數轉換電路23和微控制器24均可以采用較為成熟的集成電路實現，對其原理圖此處不再贅述。而所述模擬濾波電路18、19的構成如圖中所示，當然，也可以根據實際情況，對其具體結構做適當修改，但其主要功能是實現對模擬信號的預處理，使其能夠滿足數模轉換。參見圖7，在本發明給出的上述實施例中，每路所述模擬濾波電路18、19中至少包含一個與所述主檢測電容Cl或所述輔助檢測電容C2相串聯的串聯濾波電容C3和C4。即所述主檢測電容Cl相連接的所述模擬濾波電路18中串聯一個串聯濾波電容C3，另外一路與所述輔助檢測電容C2相連接的模擬濾波電路19中串聯一個串聯濾波電容C4。其作用是抑制低頻干擾信號和由溫度變化引起的緩慢變化信號。參見圖7，在本發明給出的上述實施例中，每路所述模擬濾波電路18、19中至少包含一個對地并聯的并聯濾波電容C5和C6。其作用是旁路高頻干擾信號。參見圖7，在本發明給出的上述實施例中，所述激勵信號發生器與所述主檢測電容之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C7，所述激勵信號發生器與所述輔助檢測電容之間至少包含一個接地的并聯濾波電容CS。其作用是旁路激勵信號上的高頻干擾信號。如圖1、圖2和圖3所示，在盡可能靠近車窗玻璃的上沿14處玻璃的內、外表面對稱位置分別設置長條形電極I和2，長條形電極I和2的寬度相同，度應覆蓋車窗玻璃13的上沿14有可能夾住人體的任何位置，電極I和2形成主檢測電容Cl，電極I通過設置在玻璃內表面的導線5從玻璃的右邊引到玻璃的下沿15附近，電極2通過導線6從玻璃的左邊引到玻璃的下沿15附近；在距電極I和2的下方3_處玻璃的內、外表面對稱位置分別設置長條形電極3和4，長條形電極3和4的寬度相同，電極3和4應分別與電極I和2保持平行，電極3和4形成輔助檢測電容C2，電極3通過設置在玻璃內表面的導線7從玻璃的右邊引到玻璃的下沿15附近，電極4通過導線8從玻璃的左邊引到玻璃的下沿15附近。本發明的測量原理如圖7所示，激勵信號發生器22產生的方波激勵信號(激勵信號可以是方波或正弦波)分別給主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2施加激勵信號，主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的另一端輸出的信號分別通過各自的模擬濾波電路18、19和濾波后，再通過雙通道模數轉換電路23轉換成數字信號，轉換后的兩路數字信號同時進入微控制器24，微控制器24依據接收到的Cl和輔助檢測電容C2的數字變化信號，通過防夾軟件算法形成控制升降電機25的控制信號，控制車窗玻璃13的升降動作。防夾軟件算法的基本控制策略是，第一，在接到升起玻璃開關信號時，先判斷是否有人體接近或接觸車窗玻璃的上沿14，若有則禁止電機啟動；第二，若車窗玻璃13正在上升過程中判斷出突然有人體接近或接觸車窗玻璃的上沿14則立即使電機反轉，使玻璃立即下降到底。軟件實現上述控制策略即可實現零夾力防夾。以下結合

利用本發明提供的方法制造的零夾力防夾傳感器的優選實施例:
采用銀漿絲印的工藝分別在車窗玻璃13內、外表面上印刷組成主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2的電極1、2、3、4和導線5、6、7、8。電極1、2、3、4的寬度為2mm，導線5、6、7、8的寬度為1mm，電極1、2與電極3、4的間距分別為3mm，電極1、2距車窗上邊沿的距離為
0.5mm。采用絲印工藝在電極1、2、3、4和導線5、6、7、8上再絲印一層由油墨制成的絕緣層9，絲印絕緣油墨的目的是防止有雨水時導致電極間相互短路。絲印后再采用高溫烘烤工藝將絲印的電極融入車窗玻璃13表面以提高電極和絕緣層的附著力和耐摩擦力。在車窗玻璃13的下沿15附近安裝傳感器檢測電路32通過可伸縮導線33傳感器檢測電路的輸出控制信號連接至車窗升降電機。試驗表明，該實施例的防夾傳感器可以實現零夾力防夾的功能并具有很高的可靠性。本發明所述的電極1、2、3、4和導線5、6、7、8還可以采用粘貼、刻蝕、鑲嵌、印刷等工藝設置，電極的材料可以是任意導電材料。參見圖16和圖17，給出了本發明電極引線另外一種引線方式，位于車窗玻璃13上的電極引線中至少一條位于一側，其余位于另外一側。其中主檢測電容的外表面電極弓I線位于右側，內表面電極引線位于下部左側，輔助檢測電容的外表面和內表面電極引線均位于下部左側。當然，也可以位于右側，參見圖14和圖15。參見圖18和圖19，給出了本發明電極引線的再一種引線方式，即可以將所有電極引線在車窗玻璃13的同一側引出。為了提供信號傳輸的質量，可以在引線處進行屏蔽處理。參見圖12，給出了本發明電極的不同構成方式，本方式是每條所述電極由多個電極板串接而成。參見圖13，每條所述電極為折線結構，這種結構類似于城墻的結構，當然也可以是曲線。參見圖9和圖10，本發明給出的電極分布的另外一種方式，車窗玻璃的上沿14的一個表面設置一個共用電極，另外一個表面設置有上下分布的兩個電極，另外一個表面的上部電極與共用電極構成所述主檢測電容，另外一個表面的下部電極與共用電極構成所述輔助檢測電容。本實施例中，可以通過設置三個電極來構成兩個電容，其中共用電極與激勵信號發生器相連接，輸入激勵信號。參見圖20至圖24，在本發明給出的電容電極分布的第四種實施例中，在車窗玻璃13上沿14的同一表面按一定間距平行設置至少三個呈長條形分布的電容電極1、2、3，相鄰所述電容電極分別構成所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2。這里所謂的相鄰電容電極:對于三個電極而言是指電極I和電極2，電極2和電極3，其中電極2為共用電極；對于四個電極而言，如圖25給出的第五種實施例，電容電極為1、2、3、4，則電極I和電極2，電極3和電極4構成所謂的相鄰電容電極。對于其他數量的電容電極，則最上部的相鄰兩個電極構成所述主檢測電容Cl，其余位于下部的相鄰電極之間可以形成多對所述輔助檢測電容C2。因此，這里的相鄰所述電容電極主要是指相鄰的電極形成需要的檢測電容，對于多條電極可以根據需要選擇合適的電極構成相應的檢測電容。本實施例與前述實施例的主要區別在于，將所有的電容電極設置在車窗玻璃的同一表面上，這種設置方式利于將電容電極直接加工在車窗玻璃上，使得加工工藝更加簡單方便，后期使用時，只需要將傳感器檢測電路與電極連接即可完成安裝。在本實施例中，電容電極是安裝在車窗玻璃的內表面上。參見圖23,本實施例中電容電極的引線15走向分別位于車窗玻璃同一表面的兩側，從而能夠減少相互之間的干擾。參見圖24，本實施例的電路原理圖是針對三個電容電極而設置，該電路原理圖與圖7所給出的電路原理圖主要差別在于激勵信號發生器22只是與共用電極相連接，其他的結構與圖7的實施例完全相同。在本發明給出的一種電動車窗防夾檢測方法，在車窗玻璃13的上沿14設置一對主檢測電容Cl，在所述主檢測電容Cl的下方設置至少一對輔助檢測電容C2 ;基于，若有人體接近車窗玻璃13的上沿14方向時，主檢測電容Cl的電容量變化顯著大于輔助檢測電容C2的電容量變化，作為有人體接近車窗玻璃13的上沿14附近的判斷條件；傳感器檢測電路接收主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化信號，依據上述判斷條件進行判斷，產生控制信號。通過該判斷條件，也可以判斷出人體接近的方向。本發明主要是利用兩個檢測電容的差分運算，達到判斷是人體接近與車窗玻璃的上沿，還是其他外部干擾的目的。從而克服現有技術中采用電容作為檢測器而易被干擾的問題。基于，若當人體從車窗玻璃13側面接近主檢測電容和輔助檢測電容時，由于人體距主檢測電容和輔助檢測電容的距離差別不大，由此引起的主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化基本相等；若人體從輔助檢測電容的下方接近車窗玻璃13側面，由于人體距輔助檢測電容的距離小于主檢測電容，由此引起的輔助檢測電容的電容量變化會顯著大于主檢測電容的電容量變化，作為人體接近車窗玻璃13的上沿14方向的判斷條件。通過該方法可以得知人體接近車窗玻璃的方向，判斷人體是否是處于車窗玻璃的上方。若人體沒有處于車窗玻璃的上方，即不處于會被夾到的位置，則不影響車窗玻璃的升降。這是現有技術難以解決的問題。基于，由溫度變化或附著在車窗玻璃13上的雨水、霧水、雪水、電磁干擾環境因素引起的主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化基本是相等的，作為消除上述環境變化因素引起的影響的判斷條件。本發明通過設置兩個檢測電容，兩個檢測電容可以同步受到環境因素的干擾，其電容量變化基本相同，據此能夠消除環境因素的干擾。這也是現有技術一直難以克服的問題，也是該種傳感器存在的主要問題。參見圖7，在本發明給出的上述實施例中，一激勵信號發生器22向主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2輸入一激勵信號，激勵信號經過主檢測電容Cl和輔助檢測電容C2產生變化后，輸入與其相連接的模擬濾波電路18、19中，每路激勵信號經模擬濾波電路處理后傳輸到模數轉換電路23，模數轉換電路23將模擬信號轉換成數字信號后傳輸至微控制器24中，微控制器24根據轉換后的每路數字信號進行差分運算，產生控制信號。其具體組成和工作原理可以參見傳感器的實施例。
權利要求
1.一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:包括在車窗玻璃(13)上沿表面設置至少兩個電容和傳感器檢測電路，其中位于最上部的電容構成主檢測電容Cl，位于下部的電容構成輔助檢測電容C2，所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2作為敏感元件以測量是否有人體的肢體接近或接觸車窗玻璃(13)的上沿，所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2由于人體接近產生的電容量變化信號傳輸到所述傳感器檢測電路，所述傳感器檢測電路依據檢測到的所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的變化信號產生控制電動車窗升降電機動作的控制信號。
2.如權利要求1所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:在車窗玻璃(13)上沿的同一表面按一定間距平行設置至少三個呈長條形分布的電容電極，相鄰所述電容電極分別構成所述主檢測電容Cl和所述輔助檢測電容C2。
3.如權利要求1所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:在所述車窗玻璃(13)上沿的內表面和外表面的對稱位置按一定間距平行設置至少兩對長條形分布的電容電極，其中位于最上部的一對所述電容電極構成所述主檢測電容Cl，位于下部的其余所述電容電極構成所述輔助檢測電容C2。
4.如權利要求1所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:車窗玻璃(13)上沿(14)的一個表面設置一個共用電極，另外一個表面設置有上下分布的兩個電極，另外一個表面的上部電極與共用電極構成所述主檢測電容Cl，另外一個表面的下部電極與共用電極構成所述輔助檢測電容C2。
5.如權利要求2或3或4所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:所述主檢測電容Cl距車窗玻璃(13)的頂壁的距離為0-5mm，所述主檢測電容Cl與所述輔助檢測電容C2的間距為所述電極的寬度為lmm-8mm。
6.如權利要求1所述 的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:所述傳感器檢測電路包括一激勵信號發生器(22)、至少兩路模擬濾波電路(18、19)、一模數轉換電路(23)和一微控制器(24)，所述激勵信號發生器分別接入所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的其中一個電極，所述主檢測電容和輔助檢測電容的另一個電極分別接入所述模擬濾波電路(18、19)，并通過所述模數轉換電路(23)將所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的變化信號分別轉換成數字信號，所述微控制器(24 )依據接收到的數字信號通過軟件算法產生控制電動車窗升降電機(25)的控制信號。
7.如權利要求6所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:每路所述模擬濾波電路(18、19)中至少包含一個與所述主檢測電容或所述輔助檢測電容相串聯的串聯濾波電容。
8.如權利要求6所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:每路所述模擬濾波電路(18、19)中至少包含一個對地并聯的并聯濾波電容。
9.如權利要求6所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:所述激勵信號發生器與所述主檢測電容之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C7，所述激勵信號發生器與所述輔助檢測電容之間至少包含一個接地的并聯濾波電容C8。
10.如權利要求2或3或4所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:位于車窗玻璃(13)內表面的電極引線和外表面的電極引線分別位于車窗玻璃(13)的左右兩側；或位于車窗玻璃(13)上的電極引線中至少一條位于一側，其余位于另外一側。
11.如權利要求2或3或4所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:所述電極的長度至少覆蓋車窗玻璃(13)有可能夾住人體的位置。
12.如權利要求2或3或4所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:所述電極的覆蓋有絕緣層(9)。
13.如權利要求2或3或4所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:每條所述電極由多個電極板串接而成；或每條所述電極為折線結構。
14.如權利要求2或3或4所述的一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于:所述電極粘結、印刷、鑲嵌或蝕刻在車窗玻璃(13)上。
15.—種電動車窗防夾檢測方法,其特征在于:在車窗玻璃(13)上沿設置一對主檢測電容，在所述主檢測電容的下方設置至少一對輔助檢測電容；基于，若有人體接近車窗玻璃(13)上沿方向時，主檢測電容的電容量變化顯著大于輔助檢測電容的電容量變化，作為有人體接近車窗玻璃(13)上沿附近的判斷條件；傳感器檢測電路接收主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化信號，依據上述判斷條件進行判斷，產生控制信號。
16.如權利要求15所述的一 種電動車窗防夾檢測方法,其特征在于:基于,若當人體從車窗玻璃(13)側面接近主檢測電容和輔助檢測電容時，由于人體距主檢測電容和輔助檢測電容的距離差別不大，由此引起的主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化基本相等；若人體從輔助檢測電容的下方接近車窗玻璃(13)側面，由于人體距輔助檢測電容的距離小于主檢測電容，由此引起的輔助檢測電容的電容量變化會顯著大于主檢測電容的電容量變化，作為人體接近車窗玻璃(13)上沿方向的判斷條件。
17.如權利要求15所述的一種電動車窗防夾檢測方法,其特征在于:基于，由溫度變化或附著在車窗玻璃(13)上的雨水、霧水、雪水、電磁干擾環境因素引起的主檢測電容和輔助檢測電容的電容量變化基本是相等的，作為消除上述環境變化因素引起的影響的判斷條件。
18.如權利要求15所述的一種電動車窗防夾檢測方法,其特征在于:一激勵信號發生器向主檢測電容和輔助檢測電容輸入一激勵信號，激勵信號經過主檢測電容和輔助檢測電容產生變化后，輸入與其相連接的模擬濾波電路中，每路激勵信號經模擬濾波電路處理后傳輸到模數轉換電路，模數轉換電路將模擬信號轉換成數字信號后傳輸至微控制器中，微控制器根據轉換后的每路數字信號進行差分運算，產生控制信號。
全文摘要
一種電動車窗防夾傳感器，其特征在于包括在車窗玻璃(13)上沿表面設置至少兩個電容和傳感器檢測電路，其中位于最上部的電容構成主檢測電容C1，位于下部的電容構成輔助檢測電容C2，所述主檢測電容C1和所述輔助檢測電容C2作為敏感元件以測量是否有人體的肢體接近或接觸車窗玻璃(13)的上沿，所述主檢測電容C1和所述輔助檢測電容C2由于人體接近產生的電容量變化信號傳輸到所述傳感器檢測電路，所述傳感器檢測電路依據檢測到的所述主檢測電容和所述輔助檢測電容的變化信號產生控制電動車窗升降電機動作的控制信號。該傳感器結構簡單，能夠實現現有基于測量升降電機電流和測量車窗玻璃13升降位置的方法形成的防夾傳感器所無法實現的零夾力防夾功能。
文檔編號E05F15/00GK103174355SQ20121001566
公開日2013年6月26日 申請日期2012年1月18日 優先權日2011年12月21日
發明者孫滕諶 申請人:北京奧特易電子科技有限責任公司