CN102246416B - 用于机动车的物体检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测装置(2)，用于通过测量所述检测装置(2)的电容变化来检测物体(3)，所述检测装置(2)包括：至少一对(4、6、8)传感器垫(10)，每个传感器垫(10)能够发送或者接收电场。每个传感器垫(10)可被用于测量所述垫(10)的阻抗变化，其中，每个传感器垫(10)是由受驱动导轨阻抗测量系统(18)来驱动的，该受驱动导轨阻抗测量系统(18)包括：反相器(38)、振荡器(56)、供电导轨驱动器(40)和开关(48、50、52)，所述测量系统(18)通过接通和断开振荡器(56)对反相器(38)的供电导轨驱动器(40)的输入(46)的驱动，能够将传感器垫(10)的功能从电场发送器改变为电场接收器或者阻抗测量器。

Description

用于机动车的物体检测装置
本发明涉及如下类型的检测装置，该类型的检测装置用于通过测量所述检测装置的电容变化来检测机动车附近的检测区域中的物体，所述检测装置的电容变化是由检测区域中的物体的存在而引起的，所述装置包括：至少一对传感器垫，每个传感器垫能够发送或者接收电场；以及用于测量垫之间的耦合电容的装置(means)。
本发明还涉及包括这样的检测装置的外部装配部件，并且涉及包括这样的外部装配部件的机动车。
这样的装置是已知的并用于例如通过通知驾驶员机动车周围障碍物的接近来辅助所述驾驶员停放其机动车。通常，这样的检测装置在驾驶期间通知驾驶员机动车周围的障碍物的存在。
这样的装置通常使用能够发送和接收电场的传感器垫对。测量传感器垫对中的传感器垫之间的耦合电容，所述耦合电容的变化表示检测区域中存在物体。
然而，如果检测区域中的物体小或者接近发送器垫或者接收器垫，由于物体与垫的耦合，接收到的信号可能增大。这可能导致检测不出小物体或者机动车附近的物体的存在。这还可能导致检测范围随在检测区域中存在的物体的尺寸而差别很大。
此外，为了获得能够判断检测区域中的物体的存在的数据集，对不同的传感器垫进行“扫描”。扫描的速度和数据集的精度可能受限于由扫描过程中所涉及的转换生成的噪声假信号(glitch)。
在已知的检测装置中还出现了其它问题，比如对道路相对于机动车的高度的变化的检测，变高的道路可能被视为检测区域中的物体。
本发明的目的之一是通过提供如下检测装置来克服这些缺点，该检测装置可以有效地感测检测区域中的物体的存在，而不管所述物体的尺寸。
为此，本发明涉及一种上述类型的检测装置，其中，每个传感器垫还可被用于测量所述垫的阻抗变化，以便判断检测区域中的物体的存在，每个传感器垫是由受驱动导轨阻抗测量系统来驱动的，该受驱动导轨阻抗测量系统包括：反相器、振荡器、供电导轨驱动器和开关，该供电导轨驱动器具有用于反相器的供电导轨的两路直流(DC)偏压跟随放大器输出，所述受驱动导轨阻抗测量系统通过接通和断开振荡器对反相器的供电导轨驱动器的输入的驱动，能够将传感器垫的功能从电场发送器改变为电场接收器或者阻抗测量器。
除了用作电场发送器或者接收器，每个传感器垫能够被用于测量其阻抗变化也增强了检测装置的检测能力。从而能够容易地检测到小物体以及接近传感器垫的物体。此外，在输入线路中没有多路复用器的、对传感器垫的功能(阻抗测量器、发送器或接收器)进行选择的受驱动导轨阻抗测量系统有助于消除假信号以及增强数据集获取处理。
根据检测装置的其它特征：
-检测装置包括：多于一对传感器垫，这些传感器垫对是以不同的频率来驱动的，以使得可以对所有的传感器垫对同时进行对传感器垫对中的垫之间的耦合电容的测量或者对阻抗变化的测量；
-受驱动导轨阻抗测量系统包括形成连接到供电导轨驱动器的输入的线路的三个开关，第一开关连接至供电导轨驱动器的输入，第二开关连接至振荡器，而第三开关连接至接地端，第三开关被置于第一开关与第二开关之间，以使得：当第一开关和第二开关闭合且第三开关断开时，振荡器连接至供电导轨驱动器的输入且传感器垫用作电场发送器，而当第一开关和第二开关断开且第三开关闭合时，传感器垫用作电场接收器；
-检测装置包括布置在传感器垫对中的传感器垫之间的至少一个第一传导区域，所述第一传导区域连接至接地端；以及
-每个传感器垫的周围布置有第二传导区域，所述第二传导区域是以比用于驱动所述传感器垫的更大的部分交流(AC)信号振幅、以及与用于驱动所述传感器垫的相同的部分交流(AC)信号相位和频率来驱动的。
本发明还涉及一种用于机动车的外部装配部件，包括：用于检测其上安装有所述外部装配部件的机动车附近的检测区域中的物体的检测装置，其中，检测装置如上所述。
根据外部装配部件的其它特征：
-检测装置包括至少两对传感器垫，其中，一对被布置在外部装配部件的上部中，而另一对被布置在外部装配部件的下部中，测量每对传感器垫中的传感器垫之间的耦合电容，以判断检测区域中的物体的存在；
-检测装置还包括另外一对传感器垫，这对传感器垫被布置在外部装配部件的上部中；
-被布置在外部装配部件的下部中的传感器垫对被设置来校准检测装置，以将地面相对于外部装配部件的高度变化纳入考虑；
-检测装置被固定至外部装配部件的内表面；
-检测装置由外部装配部件的材料包覆模制；以及
-外部装配部件的外表面上布置有传导层。
本发明还涉及一种包括至少一个如上所述的外部装配部件的机动车。
通过阅读以下以示例方式给出并参照附图的描述，本发明的其它方面和优点会变得显而易见，其中：
-图1是外部装配部件的一部分的视图，该外部装配部件包括根据本发明的、具有多对传感器垫的检测装置，
-图2是示出了当传感器垫对用作电场发送器和接收器时的检测装置的功能的等效电路，
-图3是示出了当单个传感器垫用作阻抗测量器时的检测装置的功能的等效电路，
-图4是用于控制根据本发明的检测装置的受驱动导轨阻抗测量系统的示意图。
在本说明书中，术语“内”、“外”、“前”“后”等是相对于所安装的机动车中的通常方向来定义的。
参照图1，描述了要安装在机动车(未示出)的前部或者后部的外部装配部件1。外部装配部件例如为保险杠(bumper)。本发明可以应用于机动车的前部以及后部。当检测装置被安装至机动车的前部和后部以便提供较大的检测区域时尤为有利。检测装置还可以安装在机动车的侧面以便提供更大的检测区域。通常，本发明还可以应用于机动车的任意外部装配部件，包括装饰条(fascia)。当需要检测物体或对象时，本发明还可以应用于除汽车工业以外的其它领域，比如X射线断层摄影术。以下将针对用于检测机动车附近的检测区域中的物体的检测装置来描述本发明。
如图1所示，检测装置2被在外部装备件1的后侧上固定至外部装配部件1。或者，检测装置2可以由外部装配部件1包覆模制，即把检测装置2置于形成外部装配部件的材料中。
检测装置2被设置成检测在外部装配部件1的前面(即在机动车周围)延伸的检测区域中的物体3的存在。
在图1示出的实施例中，检测装置2包括：三对传感器垫10(即六个传感器垫10)，分别为4、6和8。4和6这两对被布置在外部装配部件1的上部12中，而一对被布置在外部装配部件1的下部14中。传感器垫对中的各传感器垫10被空间16隔开。如图1所示，两对传感器垫4和6被设置成使得：对4被布置在外部装配部件1的左侧，对4中的一个传感器垫10被布置在装配部件1的端部，而另一对6被布置在装配部件1的右侧，对6中的一个传感器垫10被布置在装配部件1的另一端部。被布置在装配部件1的下部14中的对8中有一个传感器垫10布置在装配部件1的端部的附近，而它的另一个传感器垫10被布置在装配部件1的另一端部的附近。因此，检测装置2基本上“覆盖”整个外部装配部件1。
传感器垫10的对的数量和布置可以依据装配部件1的应用和尺寸进行变化。
每个传感器垫10由传导材料制成，并连接至如图4所示的、用于控制检测装置2的受驱动导轨阻抗测量系统18。如下面将要描述的，受驱动导轨阻抗测量系统18向检测装置2提供驱动信号。
每个传感器垫10能够用作电场发送器20、电场接收器22或者阻抗测量器24，如下面将要描述的，对传感器垫10功能的选择由受驱动导轨阻抗测量系统18来控制。
参照图2，现在将描述当传感器垫10的对被用作电场发送器20和接收器22时的检测装置2的功能。一个传感器垫被选择用作电场发送器20，而另一个传感器垫被选择用作电场接收器22。测量发送器20和接收器22之间的耦合电容以判断检测区域中的物体3的存在。
当检测区域中不存在物体时，发送器20和接收器22相当于两个串联的电容C1和C2，发送器和接收器之间的耦合电容具有固定的预定值。
当物体3进入检测区域时，所述物体相当于如下的电容C3，该电容C3一端连接至接地端26而另一端连接至发送器20的电容C1和接收器22的电容C2。物体3越接近外部装配部件1，C3就增大得越多，从而使得发送器和接收器之间的耦合电容变化；这使得能够检测在检测区域中的物体的存在。
然而，当物体3很小或者接近发送器垫或者接收器垫时，由于物体与垫的耦合，接收到的信号可能增大。这可能导致检测不出小物体或者机动车附近的物体的存在。这还可能导致检测范围随在检测区域中存在的物体的尺寸而差别很大。为了检测这样的小物体或者接近的物体3，如图3所示，可以将传感器垫10中的每个用作阻抗测量器24。
在这种情况下，以使得可以测量对环境的单独的复数阻抗的方式来驱动垫10。如图3中可见，物体3增加了传感器垫10和接地端26之间的电容性耦合(图3中用电容C来表示)。从而，所测得的阻抗的变化表示存在物体。
传感器垫用作发送器和接收器与垫用作阻抗测量器的组合使用增强了检测装置2的检测能力和检测范围。
传感器垫10的对是以不同的频率来驱动的，以使得可以对所有传感器垫10同时进行对传感器垫对的垫10之间的耦合电容的测量或者对每个垫的阻抗变化的测量。这进一步提高了检测装置2的效率。在不同频率下获得的信号被馈送给同步解调装置(未示出)，同步解调装置使得能够同时获得由不同传感器垫10的对所获得的不同数据集。
被布置在外部装配部件1的下部4中的传感器垫10的对8用于相对于地面来校准检测装置2。实际上，如果不对检测装置2进行把机动车行驶于其上的道路的高度的变化纳入考虑的校准，则变高的道路可能被认为是检测区域中的物体。该传感器垫10的对8获取地面相对于外部装配部件1的高度变化的数据集，以使得当执行对检测区域中的物体的存在的检测时，不通知驾驶员这些变化。由于道路上的路缘(curb)会导致由布置在上部12中的传感器垫10对4和6获得的数据集与由布置在下部14中的传感器垫对8获得的数据集之间的差异稳定地增大，所以该传感器垫10的对8还可以用于检测路缘。机动车的速度也被纳入考虑并被监控，以帮助计算上部12中的传感器垫10与下部14中的传感器垫之间在获得上的差异。
在喷涂后的外部装配部件1中，外部装配部件1的外表面上留下了传导层28。这样的层28是由所使用的静电喷涂工艺留在外部装配部件的表面上的传导基层(primer layer)。该传导层28的存在可以引起发送器20直接通过传导层28向接收器22发送信号，而没有将信号发送到外部装配部件1以外。从而，降低了检测装置2的功效。当检测区域中有物体时，接收到的信号上的变化将比直接通过传导层28接收到的信号在功能上小得多。为了克服这个问题，在传感器垫对的传感器垫10之间布置至少一个传导区域30，所述传导区域30连接至机动车的接地端32。该传导区域30岔开了(shunt)越过传导层28前进的场，使得该场不到达接收器。从而，到达接收器22的信号已经在外部装配部件1以外传播过，因此对于检测区域中的物体3的存在或者不存在是灵敏的。
当垫10被用作阻抗测量器24时，传导层28的存在也是有问题的。由垫10发出的场线被传导层28短接(short)，从而新增不是由于检测区域中的物体3的存在而导致的额外电容。为了克服这个问题，每个传感器垫的周围布置有传导区域34，所述传导区域是以比用于驱动所述传感器垫的更大的部分交流(AC)信号振幅、以及与用于驱动所述传感器垫的相同的部分交流(AC)信号相位和频率来驱动的。例如，传导区域34具有围绕传感器垫10的环形形状。传导区域34耦合到传导层28的环状区域并使得这个环形区域跟随被用作阻抗测量器的传感器垫10上的信号。
在每个传感器垫10的后面和/或周围布置保护板36，以使得传感器垫在一个方向(即朝着装配部件1的外部的方向)上更灵敏。
可以根据需要改变传感器垫对的功能，以便用已知的计算模块计算检测区域中的物体的位置和距离，该计算模块在此将不详细描述。对传感器垫10进行“扫描”，以便获得电容和/或阻抗的数据集，以判断物体的存在。所述物体的位置、距离和尺寸可以用该计算模块来计算。
现在将参考图4来描述受驱动导轨阻抗测量系统18。
受驱动导轨阻抗测量系统18使用反相器38。反相器38可以由两个极性相反的漏极连接的增强型金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)构成，或者由具有建立在导轨之间的某点处的非反相输入的运算放大器构成。保护板36连接至反相器38的VSS导轨。供电导轨驱动器40具有至反相器38的VDD导轨和VSS导轨的直流(DC)偏压输出42和44。
至供电导轨驱动器40的输入46来自第一开关48，该第一开关48是形成线路54的三个开关48、50、52的T形排布的一部分。第二开关50连接至振荡器56，而第三开关52连接至机动车的接地端32。第三开关52被置于开关48和开关50之间。如果开关48和开关50闭合而第三开关52断开，则振荡器56连接至供电导轨驱动器40的输入46，以使得直流(DC)偏压输出42和44交流(AC)地跟随振荡器56。当电路被用作接收器时，即，当不欲驱动导轨时，第三开关52被用来通过将线路54连接至0V来增大隔离。
虚地输入58以交流(AC)方式紧随反相器导轨。这意味着保护板36可以由VSS导轨44或者VDD导轨或者至导轨驱动器40的输入46来驱动，以减小传感器垫10与保护板36之间的有效电容。
当第一开关48和第二开关50断开时，振荡器56不再连接至供电导轨驱动器40的输入46。第三开关52闭合，以使得连接第二开关50与第一开关48的线路54通过第三开关52连接至接地端32。这消除了振荡器信号越过开关48两端的电容的所有馈通。
与采用在前部的多路复用器(这些多路复用器的供电线路被驱动，以使得对导轨的电容有效地小)的电路所实现的相似功能相比，上述系统可以使用连接至传感器垫10的长同轴电缆来测量高频率和小电容，而没有乱真振荡(spurious oscillation)。
在输入线路中无需多路复用器地对功能(阻抗测量器、发送器或者接收器)进行选择的这种方式消除了假信号，特别是所述选择是使用周期数量固定的发射振荡器、在过零点处完成的时。因为这种转换是在低阻抗下完成的，所以实现了这样的效果，从而，在相对高的阻抗下出现的、由开关的电容产生的所有假信号的影响将小得多。该无假信号(non-glitch)的性能提高了不同的板被选择作为发送器或者接收器的速度。

Claims (13)

1.一种检测装置(2)，用于通过测量所述检测装置(2)的电容变化来检测机动车附近的检测区域中的物体(3)，所述检测装置(2)的电容变化是由所述检测区域中的物体(3)的存在引起的，所述检测装置(2)包括：至少一对(4、6、8)传感器垫(10)，每个传感器垫(10)能够发送或者接收电场；以及用于测量所述传感器垫(10)之间的耦合电容的装置，其特征在于，每个传感器垫(10)还能用于测量所述传感器垫(10)的阻抗变化，以便判断所述检测区域中的物体的存在，每个传感器垫(10)是由受驱动导轨阻抗测量系统(18)来驱动的，所述受驱动导轨阻抗测量系统(18)包括：反相器(38)、振荡器(56)、供电导轨驱动器(40)和开关(48、50、52)，所述供电导轨驱动器(40)具有用于所述反相器的供电导轨的两路直流偏压跟随放大器输出，所述受驱动导轨阻抗测量系统(18)通过接通和断开所述振荡器(56)对所述反相器(38)的所述供电导轨驱动器(40)的输入(46)的驱动，能够将所述传感器垫(10)的功能从电场发送器改变为电场接收器或者阻抗测量器。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其包括：多于一对(4、6、8)传感器垫(10)，这些传感器垫(10)对(4、6、8)是以不同的频率来驱动的，以使得能够对所有的所述传感器垫(10)对(4、6、8)同时进行对传感器垫(10)对中的所述传感器垫(10)之间的耦合电容的测量或者对所述阻抗变化的测量。
3.根据权利要求1或者2所述的检测装置，其特征在于，所述受驱动导轨阻抗测量系统(18)包括形成连接至所述供电导轨驱动器(40)的输入(46)的线路(54)的三个开关(48、50、52)，第一开关(48)连接至所述供电导轨驱动器(40)的输入(46)，第二开关(50)连接至所述振荡器(56)，而第三开关(52)连接至接地端(32)，所述第三开关(52)被置于所述第一开关与所述第二开关(48、50)之间，以使得：当所述第一开关和所述第二开关(48、50)闭合而所述第三开关(52)断开时，所述振荡器(56)连接至所述供电导轨驱动器(40)的输入(46)且所述传感器垫(10)用作电场发送器；而当所述第一开关和所述第二开关(48、50)断开而所述第三开关(52)闭合时，所述传感器垫(10)用作电场接收器。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其包括布置在传感器垫(10)对(4、6、8)中的所述传感器垫(10)之间的至少一个第一传导区域(30)，所述第一传导区域(30)连接至接地端(32)。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在每个传感器垫(10)的周围均布置有第二传导区域(34)，与用于驱动所述传感器垫(10)的部分交流信号振幅、相位和频率相比，所述第二传导区域(34)是以更大的部分交流信号振幅以及相同的部分交流信号相位和频率来驱动的。
6.一种用于机动车的外部装配部件(1)，包括检测装置(2)，所述检测装置(2)用于检测其上安装有所述外部装配部件(1)的机动车附近的检测区域中的物体，其特征在于，所述检测装置(2)是根据权利要求1所述的检测装置。
7.根据权利要求6所述的外部装配部件，其特征在于，所述检测装置(2)包括至少两对传感器垫(4、8)，一对(4)被布置在所述外部装配部件(1)的上部(12)中，而另一对(8)被布置在所述外部装配部件(1)的下部(14)中，测量每对(4、8)传感器垫中的传感器垫(10)之间的耦合电容，以判断所述检测区域中的物体的存在。
8.根据权利要求7所述的外部装配部件，其特征在于，所述检测装置(2)还包括又一对(6)传感器垫(10)，这对(6)传感器垫(10)被布置在所述外部装配部件(1)的所述上部(12)中。
9.根据权利要求7或者8所述的外部装配部件，其特征在于，被布置在所述外部装配部件(1)的所述下部(14)中的传感器垫(10)对(8)被设置为校准所述检测装置(2)，以将地面相对于所述外部装配部件(1)的高度的变化纳入考虑。
10.根据权利要求6所述的外部装配部件，其特征在于，所述检测装置(2)被固定至所述外部装配部件(1)的内表面。
11.根据权利要求6所述的外部装配部件，其特征在于，所述检测装置(2)由所述外部装配部件的材料包覆模制。
12.根据权利要求6所述的外部装配部件，其特征在于，所述外部装配部件(1)的外表面上布置有传导层(28)。
13.一种机动车，包括至少一个外部装配部件(1)，其特征在于，所述外部装配部件(1)是根据权利要求6所述的外部装配部件。
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