技术摘要：
本发明涉及一种用于检测在车辆(100)的危险区域中的身体部位的安全系统(10)，涉及一种具有这样的安全系统的敞篷车顶(20)并且涉及一种相应的方法。根据本发明的安全系统(10)包括：至少一个传感器节点(11a、11b、11c)，其分别具有电容传感器(15a、15b、15c)和处理单元(16a  全部
背景技术：
从现有技术中已知基于电容测量并且能够借助于电容变化无接触地感测物体、例 如人体部位的接近的接近传感器。这样的传感器可以用于避免危险情况、例如借助于使得 驱动电机紧急停机或使得运动机器部件及时停止的传感器来避免。非接触式传感器通常安 装在现代机动车辆中，并且确保防夹保护、例如防止手指被夹在可借助于电动窗升降器来 关闭的窗户的缝隙或可自动关闭的后挡板或后备箱盖的缝隙中。 WO  2007/048640  A1公开了一种用于感测对象、例如人的肢体接近观察区域中的 传感器电极的电路。电路以相移的形式检测电容器系统的谐振行为的变化。该电路目的在 于提高基础电容传感器的灵敏度。这种至少部分地基于模拟电路的电路具有大的尺寸，因 此，在布置其的可能方式方面受到限制。基于这种电路并且具有用于机动车辆的多个电容 传感器的已知的接近传感器系统具有从通过传感器以分散的方式捕获的测量值来确定电 容变化的中央处理单元。为了该目的，例如，线路从在车辆内的不同测量点处的传感器到车 辆的后备箱中的处理单元铺设。待被捕获的电容变化很小。因此，由于即使很小的干扰也会 影响电容的测量，因此线路必须被仔细屏蔽。例如，弯曲、位置上的变化、线路或缆线的紧固 或环境可能已经大大影响了待被确定的电容变化。线路的屏蔽复杂且昂贵。此外，需要专用 且昂贵的连接器来将线路连接到处理单元的电路板。
技术实现要素：
基于该现有技术，本发明的目的在于提供一种用于检测在车辆的危险区域中的身 体部位的安全系统，所述系统可以以较低的费用来实施。此外，意在于实现对于传感器的布 置的最大可能的灵活性。 该目的借助于根据权利要求1的安全系统、根据权利要求9的车顶、根据权利要求 12的方法以及根据权利要求13的用途来实现。 特别地，该目的借助于一种安全系统来实现，所述安全系统用于检测在车辆、优选 地敞篷车顶的危险区域中的身体部位，所述安全系统包括： 至少一个传感器节点，其分别具有电容传感器和处理单元， 其中，电容传感器具有至少一个电极，并且被设计为能够捕获由于身体部位接近 电极而引起的电容变化， 其中，处理单元被设计为能够基于通过电容传感器捕获的电容变化来产生电容变 化数据； 分析评估单元，其被设计为能够至少基于接收的电容变化数据检测在危险区域中 4 CN 111602072 A 说　明　书 2/8 页 存在身体部位； 数据传输装置，其用于将产生的电容变化数据从传感器节点传输到分析评估单 元。 本发明基于将电容传感器和处理单元分别分配给传感器节点的概念，其中，传感 器节点、特别是多个传感器节点经由数据传输装置连接到分析评估单元。借助于根据本发 明的安全系统，电容变化可以借助于传感器节点以分散的方式被捕获，并且可以分别(直接 地)被处理以形成电容变化数据。在传输到分析评估单元之后，电容变化数据、优选地来自 多个传感器节点的电容变化数据可以集中地分析评估，以便检测危险区域中的身体部位 和/或分析评估与危险区域中的身体部位有关的信息。危险区域可以是例如车辆的运动部 分之间的夹紧间隙，人体部位、例如手指或肢体可能会被夹在所述夹紧间隙中。 优选地，单独的处理单元被分配给每个电容传感器。传感器节点可以理解为意为 一种结构单元，所述结构单元包括电容传感器和处理单元，所述电容传感器和所述处理单 元(一起)布置、特别是布置在印刷电路板或电路板上和/或壳体中。传感器节点优选地呈集 成电路(IC：integrated  circuit)的形式并且可以包括微控制器。这样的传感器节点具有 小尺寸并且可以灵活地布置在不同的位置处。 特别地，电容传感器将电容器的电容变化捕获为物理测量变量、特别是借助于相 对于接地电极的测量电极来捕获，其中，测量电极和接地电极一起形成以形成电容器。电容 变化被引起、特别是通过具有导电或介电性质的(人)身体部位或物体接近测量电极而被引 起，这引起电场上的(可测量的)变化。电容变化可以借助于测量电极处的电压变化、电容器 的充电和/或放电特性的时间变化或包括电容器和电感器的谐振电路的变化的谐振特性而 被电容地捕获。物理测量变量特别地取决于测量方法，并且特别地，可以是捕获的模拟电压 信号。电容传感器可以被理解为意为接近传感器或接触传感器。 处理单元优选地呈连接到电容传感器的电子电路的形式。通过电容传感器捕获的 电容变化可以以电容变化值、例如电容差、电容比、频率差、频率比或相角的形式通过处理 单元来确定。特别地，处理单元基于通过电容传感器捕获的物理测量变量将电容的相对于 参考的变化确定为电容变化值，并且从其产生电容变化数据。例如，电容变化可以通过捕获 的电压信号的频移或频率变化或者相移或相角来描述。电容变化数据可以被理解为意为从 其获得与电容变化有关的信息的那些数据、特别是适合于(明确地)描述电容变化的数据。 电容变化可以包括电容的相对于电容的参考的变化、优选地电容的相对于电容参考值的变 化。电容参考值或一系列的电容参考值可以预定义、例如基于作为电容参考值或可以从其 产生电容参考值的多个存储值来预定义。在这方面，电容变化可以被理解为意为距参考电 容或参考电容轮廓的偏差。电容参考值可以随时间变化或可以保持(临时)不变。电容变化 数据还可以包含指示(当前)尚未捕获到距参考的电容变化或电容偏差的信息。特别地，电 容变化数据还可以包含已经被(部分地)分析评估并且指示在分配给传感器节点的危险区 域中是否存在身体部位的信息。电容变化数据可以以数字信号或信号序列、特别是二进制 数据的形式从传感器节点经由数据传输装置被传输、特别是被发送到分析评估单元。特别 地，传感器节点包括发送/接收单元(收发器)。数据传输装置可以是有线的或无线的、特别 是可以呈无线电连接的形式。 传输呈电容变化数据的形式的处理数据而不是描述电容变化的物理测量变量、例 5 CN 111602072 A 说　明　书 3/8 页 如呈模拟电压信号的形式的物理测量变量可以使得无需传输线的屏蔽。优选地，数据传输 装置的线路不被屏蔽、不被单独地屏蔽或者仅被轻微地屏蔽。传输的电容变化数据比捕获 的测量信号本身更不容易受到传输线上电磁影响的干扰。结果是，根据本发明的安全系统 可以以很少的费用实施。特别地，已经存在的数据传输装置、特别是车辆内的数据传输装置 可以用于连接传感器节点。 在本发明的一个有利的改进方案中，数据传输装置包括具有实时能力的通信连 接，特别地，所述通信连接呈总线系统的形式、优选地呈CAN总线或FlexRay总线的形式。特 别地，传感器节点包括总线连接、特别是总线控制器。特别地，传感器节点经由至少一个连 接线、优选地支线连接到总线系统。多个传感器节点可以经由数据传输装置彼此通信连接。 对于与安全相关的应用，如果可以实时传输数据，则是有利的。所述至少一个传感器节点可 以连接到存在于车辆中的车辆总线、优选地CAN总线(CAN：控制器局域网(Controller  Area  Network))或FlexRay总线。结果是，现有的数据传输线可以以很小的设计复杂性用于安全 系统。 在本发明的一个有利的改进方案中，安全系统的多个传感器节点、优选地所有传 感器节点经由数据传输装置连接到单个分析评估单元。结果是，电容变化可以在多个测量 位置处以分散的方式被捕获并被确定，以便在分析评估位置处被集中地用于检测危险区域 中的身体部位。结果是，来自多个传感器节点的电容变化数据被可以考虑，以便一方面获得 更可靠的检测结果，而另一方面仅必须提供单个分析评估单元。 在本发明的一个有利的改进方案中，电容变化数据包括频率比、特别是谐振电路 的失谐的谐振频率与振荡产生电路的参考频率之比，所述振荡产生电路优选地包括振荡晶 体。振荡产生电路被设计为能够产生参考振荡，并且包括例如振荡晶体或RC振荡器。频率比 可以被理解为意为两个频率值的商。特别地，频率值涉及参考频率、例如谐振电路的固有频 率或振荡产生元件(例如振荡晶体)的固有频率，以及谐振电路的失谐的谐振频率，其中，失 谐是通过由于身体部位接近电容传感器而引起的电容变化引起的。特别地，这样的谐振电 路包括电容传感器的电容器。替代地，电容变化数据还可以包含至少两个频率值、频率差 值、至少两个电容值、电容比、电容差值和/或相角、特别是取决于电容传感器的测量方法和 处理单元的电路的至少两个频率值、频率差值、至少两个电容值、电容比、电容差值和/或相 角。 在本发明的一个有利的改进方案中，分析评估单元被设计为能够将接收的电容变 化数据中包含的电容变化值与存储的电容变化阈值进行比较。特别地，电容变化数据被读 取，以便获得其中包含的电容变化值。预定义的存储阈值可以通过分析评估单元从存储单 元读取。分析评估单元可以可选地设计为能够确定、优选地计算电容变化阈值。除了电容变 化值之外，电容变化阈值还可以考虑其他参数、例如温度值或湿度值。可调装置、例如车顶、 窗户、折板或滑动车顶的驱动电机的速度值或旋转角度值也可以被考虑。通过将电容变化 值与电容变化阈值进行比较，分析评估单元可以检测在危险区域中是否存在身体部位、特 别是如果电容变化值达到或超过电容变化阈值的话。 在本发明的一个有利的改进方案中，分析评估单元被设计为能够接收温度测量数 据和/或湿度测量数据，并且特别是能够考虑接收的温度测量数据和/或湿度测量数据来确 定、优选地计算电容变化阈值。特别地，温度传感器和/或湿度传感器可以连接到数据传输 6 CN 111602072 A 说　明　书 4/8 页 装置，以便将包含温度值和/或湿度值的测量数据传输到分析评估单元。速度传感器或旋转 角度传感器也可以连接到数据传输装置，以便当检测在危险区域中的身体部位时考虑例如 车辆的运动(打开或关闭)装置、例如车顶、滑动车顶、折板或窗户的当前位置或速度。电容 变化、特别是电容变化值的大小可以取决于温度和/或湿度。考虑这些参数可以使得提高安 全系统的准确性，也就是说，危险区域中的身体部位可以以更可靠的方式来检测。 在本发明的一个有利的改进方案中， 第一传感器节点被设计为能够感测在车辆的车顶、特别是敞篷车顶的联动装置的 危险区域中的身体部位；和/或 第二传感器节点被设计为能够感测在车辆的前围板的危险区域中的身体部位； 和/或 第三传感器节点被设计为能够感测在车辆的车顶室盖的危险区域中的身体部位。 以这种方式，车辆的特定危险区域可以借助于传感器节点被分别监测。优选地，敞 篷车顶的分配有传感器节点的相应危险区域可以被监测，其中，如果在一个或两个以上危 险区域中检测到身体部位，则分析评估单元可以使得敞篷车顶的打开或关闭被及时停止， 从而避免身体部位被夹住的危险。 在本发明的一个有利的改进方案中， 第一传感器节点、特别是第一传感器节点的电容传感器的电极可以装配到车辆的 车顶的联动装置、优选地金属联动装置，和/或可以以导电的方式连接到车辆的车顶的联动 装置、优选地金属联动装置；和/或第二传感器节点、特别是第二传感器节点的电容传感器 的电极可以装配到车辆的前围板，和/或可以以导电的方式连接到车辆的前围板；和/或 第三传感器节点、特别是第三传感器节点的电容传感器的电极可以装配到车辆的 车顶室盖，和/或可以以导电的方式连接到车辆的车顶室盖。 特别地，电容传感器的电极、特别是测量电极可以呈表面电极的形式、例如呈金属 丝网或板、优选地薄板或条的形式。特别地，当车顶安装在车辆上时，电极以导电的方式连 接到车辆的车顶、前围板或车顶室盖的联动装置。第一传感器节点、第二传感器节点和/或 第三传感器节点优选地经由连接线连接到数据传输装置、优选地存在于车辆中的车辆总线 或为安全系统单独设置的总线系统。 在本发明的一个有利的改进方案中，至少一个传感器节点包括被设计为能够至少 基于通过处理单元产生的电容变化数据来检测在分配给传感器节点的危险区域中存在身 体部位的分析评估单元。这样的分析评估单元可以被理解为意为(局部)分析评估单元、特 别是单独的分析评估单元，其被分配给传感器节点并且可以是传感器节点的结构单元的一 部分。特别是，经由数据传输装置传输到上级(中央)分析评估单元的电容变化数据包含指 示在分配给该传感器节点的危险区域中是否存在身体部位的信息项、例如以(二进制)状态 值(是/否)的形式来指示。在这方面，传感器节点还可以具有上面结合(上级)分析评估单元 所描述的(子)功能。在这种情况下，上级分析评估单元可以被设计为能够集中地分析评估 包含与各个传感器节点的危险区域中的身体部位有关的信息的电容变化数据，例如，对它 们进行优先级排序、检查它们的一致性或做出决策，以用于包括多个(或全部)传感器节点 的整个安全系统、特别是用于车顶或类似复杂装置。 特别地，所述目的还借助于一种包括根据本发明的安全系统的用于车辆的车顶、 7 CN 111602072 A 说　明　书 5/8 页 特别是敞篷车顶来实现。根据本发明的车顶具有与已经结合根据本发明的安全系统描述的 那些优点相同的优点。 在本发明的一个有利的改进方案中，车顶、特别是车顶的联动装置、优选地金属联 动装置是电绝缘的、特别是相对于车辆主体是电绝缘的。特别地，传感器节点被装配到联动 装置，其中，电容传感器的电极优选地以导电的方式连接到联动装置，或者联动装置本身形 成电极。电容传感器的另一电极可以连接到地。由于联动装置的电绝缘，电容变化可以借助 于形成于或连接到联动装置的电极以简单的方式在联动装置附近的危险区域中被捕获、特 别是不会因车辆主体的电磁干扰而失真。 在本发明的一个有利的改进方案中，车顶具有车顶室盖，所述车顶室盖是电绝缘 的、特别是相对于车辆主体是电绝缘的。特别地，传感器节点被装配到车顶室盖，优选地以 便监测车辆主体与可以打开和关闭的车顶室盖之间的间隙。电容传感器的电极、优选地呈 表面电极的形式的电极被紧固、特别是被紧固在车顶室盖上或被紧固到车顶室盖、优选地 沿着间隙的边缘被紧固在车顶室盖上或被紧固到车顶室盖。车顶室盖可以完全或部分地由 金属材料制成。电容传感器的另一电极可以连接到地。这产生具有与结合车顶的电绝缘联 动装置所描述的那些优点类似的方式的优点。 特别地，所述目的还借助于一种用于检测在车辆、优选地敞篷车顶的危险区域中 的身体部位的方法来实现，特别地，所述车辆具有根据本发明的安全系统，所述方法包括以 下步骤： 借助于传感器节点的电容传感器捕获由于身体部位接近电容传感器的电极而引 起的电容变化； 基于通过电容传感器捕获的电容变化，借助于传感器节点的处理单元产生电容变 化数据； 经由数据传输装置、优选地经由总线系统将产生的电容变化数据从传感器节点传 输到分析评估单元； 至少基于接收的电容变化数据，借助于分析评估单元检测在危险区域中存在身体 部位。 根据本发明的方法具有与已经结合根据本发明的安全系统和根据本发明的车顶 描述的那些优点类似的优点，并且可以实施结合安全系统或车顶描述的一些或全部方法特 征。 特别地，产生的电容变化数据经由CAN总线或FlexRay总线传输、优选地实时传输。 所述方法优选地包括：将电容变化数据从传感器节点传输到分析评估单元，并且优选地，还 借助于分析评估单元从传感器节点、特别是所有传感器节点接收电容变化数据。处理单元 优选地对电容变化值进行编码以形成电容变化数据，而分析评估单元优选地从电容变化数 据中读取电容变化值。分析评估单元优选地从传感器节点接收包含频率比的电容变化数 据。然而，(中央)分析评估单元也可以从传感器节点接收电容变化数据、优选地从分配给传 感器节点的(本地)分析评估单元接收电容变化数据，所述数据包含与在分配给该传感器节 点的危险区域中是否存在身体部位有关的信息。所述方法还可以确定或计算电容变化阈 值、优选地基于温度测量数据和/或湿度测量数据来确定或计算电容变化阈值。特别地，根 据本发明的方法可以用于监测车辆的危险区域、优选地敞篷车顶的危险区域，以便检测在 8 CN 111602072 A 说　明　书 6/8 页 危险区域中的身体部位。根据本发明的方法可以用很少的费用来实施，并且可以使得以灵 活的方式布置传感器节点。 特别地，所述目的还借助于使用电容传感器和处理单元来实现，所述电容传感器 和所述处理单元被设计为能够作为用于连接到数据传输装置、优选地车辆的总线系统的传 感器节点而捕获电容变化并且产生电容变化数据，以用于检测在危险区域、优选地敞篷车 顶的危险区域中的身体部位的目的。 附图说明 下面基于附图更详细地说明本发明的示例性实施例，在附图中： 图1以框图示出了根据本发明的安全系统的一个实施例的示意图； 图2a以侧视图示出了根据本发明的具有安全系统的车顶的一个实施例的示意图， 其中，车顶被安装在车辆上； 图2b以平面图示出了根据图2a的实施例的示意图。