DE102008041633A1

DE102008041633A1 - Verfahren, Messelektrodenanordnung sowie Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt, insbesondere einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008041633A1
Application number: DE200810041633
Authority: DE
Inventors: Rudolf Merkel; Uwe Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt, insbesondere einem Fahrzeug (303), wobei eine Vorrichtung (300) bereitgestellt wird, die eine Messelektrodenanordnung (301) umfassend wenigstens zwei Messelektrodenabschnitte (306a bis 306i) zur Wechselwirkung mit wenigstens einer Gegenelektrode (302) aufweist. Die Kapazität eines jeweils einen Messelektrodenabschnitt (306a, 306b, 306c) sowie eine Gegenelektrode (302) umfassenden Messkondensatorabschnitts (316a, 316b, 316c) hängt von dem Abstand (d) des ersten Objekts (302) von dem jeweiligen Messelektrodenabschnitt (306a, 306b, 306c) ab, wobei die Messelektrodenanordnung (301) derart ausgebildet ist, dass zwei benachbarte Messkondensatorabschnitte (316a, 316b; 316b, 316c) eine unterschiedliche Kapazität aufweisen. Es werden ein erster Zeitpunkt der Beeinflussung eines ersten Messkondensatorabschnitts (316a) durch das erste Objekt (302) und ein zweiter Zeitpunkt der Beeinflussung eines zweiten Messkondensatorabschnitts (316c) durch das erste Objekt (302) bestimmt, wobei die Geschwindigkeit aus einem Verhältnis eines Abstandes des zweiten Messkondensatorabschnitts (316c) von dem ersten Messkondensatorabschnitt (316a) und einer Zeitspanne zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Messelektrodenanordnung (301) sowie eine entsprechende Vorrichtung (300).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Messelektrodenanordnung sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt, insbesondere einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Obwohl die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen die Bestimmung einer Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem als Fahrzeug ausgebildeten zweiten Objekt behandelt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr für alle Arten von zweiten Objekten, insbesondere auch für unbewegliche, geeignet.
Es sind Vorrichtungen und Verfahren zur Abstandsmessung zwischen Fahrzeugen und Objekten bekannt. Die Abstandsmessung kann beispielsweise mittels kapazitiver Sensorik durch ein Elektrodensystem am Eigenfahrzeug vorgenommen werden, wobei die Kapazität dieser Elektrodenanordnung durch ein herannahendes Objekt beeinflusst wird.
Es sei unter ”Eigenfahrzeug” das Fahrzeug verstanden, das die Vorrichtung zur Abstandsmessung, die im folgenden näher betrachtet wird, trägt. Unter ”Objekt” sei jeder Gegenstand in der Umgebung des Eigenfahrzeugs verstanden, der durch die kapazitive Abstandsmessung erfassbar ist, insbesondere seien hierunter auch andere Fahrzeuge (”Fremdfahrzeuge”) sowie stationäre Objekte im Fern- und/oder Nahbereich des Eigenfahrzeugs verstanden.
Ein kapazitiver Sensor ist bspw. aus der GB 24 044 43 bekannt.
Aus der DE 195 01 642 B4 ist ein kapazitiver Sensor bekannt, der sich über die gesamte hintere Stoßstange erstreckt. Der kapazitive Sensor wird von einer Elektrode gebildet, die mit dem Eingang eines Verstärkers und über einen Widerstand mit einem Sinusgenerator verbunden ist. Die Ausgangsspannung eines Verstärkers und die Spannung eines Sinusgenerators werden einer Phasenvergleichsschaltung zugeführt. Die Phasendifferenz ist abhängig von dem von der Elektrode gegen Masse gebildeten Kondensator. Dieser Kondensator wird von einem in seiner Nähe befindlichen bzw. einem sich auf ihn zu oder sich von ihm wegbewegenden Objekt beeinflusst. Die DE 195 01 642 B4 diskutiert ferner die Verwendung einer Abschirmungs- bzw. Schirmelektrode in einem kapazitiven Abstandssensor.
Zur Bestimmung des Abstandes eines Objekts vom Eigenfahrzeug wird bei Verwendung eines kapazitiven Abstandssensors dessen Kapazität bzw. Kapazitätsänderung bestimmt. Üblicherweise wird dazu die Kapazität einer Messelektrode gegen das Eigenfahrzeug bestimmt. Die messbare Kapazität wird von einem in der Nähe befindlichen Objekt beeinflusst. Durch den Einsatz einer Abschirmungselektrode zwischen Messelektrode und Eigenfahrzeug kann eine Verbesserung der Empfindlichkeit erreicht werden. Die gemessene Kapazität hängt, ähnlich wie bei einem Plattenkondensator, unter anderem reziprok vom Abstand d zwischen Messelektrode und Objekt sowie von der wirksamen Fläche A, der elektrischen Feldkonstante (ε₀= 8,85·10^–12 F/m) und der relativen Permittivität ε_r des dazwischen befindlichen Materials ab.
Moderne Anwendungsbereiche in der Fahrzeugtechnik erfordern die Erfassung von Objekten in der Umgebung eines Eigenfahrzeugs in unterschiedlichen Abständen. Bei Fahrerassistenzfunktionen, beispielsweise der ”PreCrash”-Technik, ist es hierbei beispielsweise von Interesse, relativ weit entfernte Objekte, insbesondere Fremdfahrzeuge, zu erfassen, wohingegen es bei Einpark- bzw. Manöverassistenzfunktionen von Interesse sein kann, Objekte, die sich in unmittelbarer Nähe des Eigenfahrzeugs befinden und beim Einparken und/oder Manövrieren das Fahrzeug beschädigen könnten, zu erkennen.
Bei diesen Anwendungsbereichen ist insbesondere auch die Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit zwischen Objekt und Eigenfahrzeug erwünscht, um bspw. Sicherheitsfunktionen und/oder Autopilotfunktionen zu steuern bzw. auszulösen. Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten kapazitiven Messvorrichtungen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund stellt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit bereitzustellen, um die Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt bestimmen zu können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Messelektrodenanordnung sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens zwei Messkondensatorabschnitte auf, von denen jeder im wesentlichen wenigstens einen Messelektrodenabschnitt und eine Gegenelektrode umfasst, wobei die Gegenelektrode im Regelfall vom zweiten Objekt, bspw. Eigenfahrzeug, gebildet wird. Ein Messkondensatorabschnitt umfasst in diesem Fall einen Messelektrodenabschnitt und die am zweiten Objekt, bspw. Eigenfahrzeug, angebrachte bzw. durch das zweite Objekt selbst gebildete Gegenelektrode und weist eine Kapazität auf, die durch Annäherung des ersten Objekts erhöht wird. Die Kapazität eines Messkondensatorabschnitts wird durch Objekte, die sich in der Umgebung der Elektroden befinden, beeinflusst. Hierdurch lässt sich eine Bewegung des ersten Objekts auf die Elektroden zu bzw. von ihnen weg in Form einer Kapazitätsänderung feststellen und/oder der Abstand des ersten Objekts von der Elektrode und/oder ein Größe des ersten Objekts bestimmen. Benachbarte Messkondensatorabschnitte weisen eine unterschiedliche Kapazität auf. Dadurch können auf einfache Weise diejenigen Messkondensatorabschnitte bestimmt werden, die sich momentan in der Beeinflussung durch das erste Objekt befinden. Bei einer anderen, ebenso für die Erfindung geeigneten Ausgestaltung wird die Gegenelektrode durch das erste Objekt gebildet.
Erfindungsgemäß wird ein erster Zeitpunkt der Beeinflussung eines ersten Messkondensatorabschnitts durch das erste Objekt und ein zweiter Zeitpunkt der Beeinflussung eines zweiten Messkondensatorabschnitts durch das erste Objekt bestimmt, wobei die Geschwindigkeit aus einem Verhältnis eines Abstandes des zweiten Messkondensatorabschnitts von dem ersten Messkondensatorabschnitt und einer Zeitspanne zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt bestimmt wird.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Messelektrodenanordnung geeignet als Bestandteil einer derartigen Vorrichtung vorgeschlagen, die entsprechend ausgestaltete Messelektrodenabschnitte aufweist, um Messkondensatoren mit unterschiedlicher Kapazität bereitzustellen. Die Kapazitätsvariation erfolgt in der Richtung, in der die Geschwindigkeit bestimmt werden soll. Die Anordnung umfasst weiterhin eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Messelektrodenabschnitte auf derselben Seite des zweiten Objekts, d. h. bei einem Fahrzeug Front, Heck oder derselben Flanke, angeordnet.
Vorteilhafte Wirkungen
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt, die Relativgeschwindigkeit des Objekts abzuschätzen, das sich im Erfassungsbereich der Messelektrodenanordnung befindet. Basierend auf den bekannten geometrischen Daten der einzelnen Messkondensatorabschnitte in Bewegungsrichtung und der ermittelten Zeit kann die Geschwindigkeit auf einfache Weise ermittelt werden. Wenn bspw. die jeweils linke Kante zweier 10 cm betrachteter Messkondensatorabschnitte 10 cm beabstandet ist und der zweite Messkondensatorabschnitt 0,0072 Sekunden nach dem ersten eine Kapazitätsbeeinflussung zeigt, kann bestimmt werden, dass die Relativgeschwindigkeit 50 km/h beträgt. Die Erfindung kann besonders vorteilhaft für PreCrash-Funktionen verwendet werden, um damit eine Relativgeschwindigkeit des Unfallobjekts abzuschätzen und geeignete Maßnahmen einleiten zu können. Weiterhin kann die Relativgeschwindigkeit vorteilhaft für Autopilotfunktionen wie z. B. Einparkhilfen verwendet werden. Allgemein können basierend auf der ermittelten Geschwindigkeit unterschiedlichste Steuer- oder Sicherheitsfunktionen im Fahrzeug ausgelöst werden. Durch die Bereitstellung einer mehrere Messelektrodenabschnitte aufweisenden Messelektrode kann der Verkabelungsaufwand gering gehalten werden, da nur eine Kapazitätsmessung erforderlich ist. Die gemessenen Gesamtkapazität des Messkondensators bestimmt sich durch die Summe der Einzelkapazitäten der Messkondensatorabschnitte.
Es bietet sich an, zusätzlich den Abstand des ersten Objekts vom zweiten Objekt, insbesondere Fahrzeug, mittels Messung der Kapazität wenigstens eines Messkondensators zu bestimmen.
Hierbei ist vorauszusetzen, dass alle einen Messkondensator bildenden Messkondensatorabschnitte von dem Objekt beeinflusst werden. Da bereits alle notwendigen Elemente zur Abstandsmessung vorhanden sind, kann neben der Geschwindigkeit auf einfache Weise auch der Abstand bestimmt werden. So kann besonders vorteilhaft eine einzige Vorrichtung verwendet werden, um zwei wichtige Parameter zu bestimmen.
Vorteilhafterweise wird die Größe des Objekts abgeschätzt, das sich im Erfassungsbereich der Messelektrodenanordnung befindet. Basierend auf der Anzahl und dem Ort der beeinflussten Messkondensatorabschnitte bzw. der von ihnen eingenommenen Größe kann die Größe des Objekts bestimmt werden. Die Größe des Objekts entspricht somit zumindest der von den beeinflussten Messkondensatorabschnitte bzw. Messelektrodenabschnitten eingenommenen Größe. Bei der Größe kann es sich um eine Länge oder Fläche o. ä. handeln. Liefert bspw. nur ein Messkondensatorabschnitt ein beeinflusstes Signal, ist daraus zu schließen, dass die Länge des Objekts in Erstreckungsrichtung der Messanordnung im wesentlichen auf die Länge eines Messelektrodenabschnitts beschränkt ist. Liefern hingegen bspw. fünf benachbarte Messkondensatorabschnitte jeweils ein beeinflusstes Signal, kann daraus geschlossen werden, dass die Länge des Objekts zumindest der Länge von fünf Messelektrodenabschnitten entspricht. Dies kann besonders vorteilhaft für PreCrash-Funktionen verwendet werden, um damit eine Größe des Unfallobjekts abzuschätzen und geeignete Maßnahmen einleiten zu können. Aufgrund der bestimmten Größe können weitere Funktionen im Fahrzeug gesteuert werden. Beispielsweise kann das Auslösen eines Seitenairbags von einer vorgegebenen Mindestgröße des Unfallobjekts abhängig gemacht werden. Allgemein können basierend auf der ermittelten Objektgröße Steuer- oder Sicherheitsfunktionen im Fahrzeug ausgelöst werden.
Vorteilhaferweise weisen zwei benachbarte Messelektrodenabschnitte eine Abdeckung mit unterschiedlicher relative Permittivität auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise die Bereitstellung unterschiedlicher Kapazitäten der von einem Objekt beeinflussten Messkondensatorabschnitte. Beispielsweise können Abdeck- oder Zierleisten eines Fahrzeugs entsprechend ausgestaltet werden. Ebenso vorteilhaft können zwei benachbarte Messelektrodenabschnitte eine unterschiedliche Fläche aufweisen. Schließlich ist es möglich, den Abstand der Messelektrodenabschnitte von der Gegenelektrode unterschiedlich bereitzustellen, indem beispielsweise eine Ausgestaltung in einer Stufenform gewählt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Messelektrodenabschnitte im wesentlichen horizontal angeordnet. Auf diese Weise kann eine Horizontalgeschwindigkeit besonders leicht bestimmt werden.
Weiterhin vorteilhaft können die wenigstens zwei Messelektrodenabschnitte im wesentlichen vertikal angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine Vertikalgeschwindigkeit besonders leicht bestimmt werden. Besonders vorteilhaft kann eine Kombination der beiden Ausgestaltungen vorgesehen sein, um eine Geschwindigkeit in einer Ebene zu bestimmen.
Wird die Gegenelektrode vom zweiten Objekt, bspw. Eigenfahrzeug, gebildet, kann zur Verbesserung der Messcharakteristik ferner eine Abschirmungselektrode zwischen Messelektrode und Gegenelektrode bereitgestellt werden, die beispielsweise über einen hochohmigen Impedanzwandler nach gängiger Schaltungstechnik auf gleichem Potential wie die Messelektrode liegt. Hierdurch kann zwischen der Abschirmungselektrode und der Messelektrode ein feldfreier Bereich geschaffen werden. Durch diese Anordnung wird eine Verbesserung der Messqualität erreicht, wobei der Feldlinienverlauf zwischen Messelektrode und Gegenelektrode bei niedrigerem Absolutwert der Kapazität anteilsmäßig stärker durch ein sich annäherndes Objekt verringert wird, als dies ohne Abschirmungselektrode der Fall wäre. In diesem Fall, d. h. bei Nichtvorhandensein einer Abschirmungselektrode, würde die Kapazität im wesentlichen durch die direkte Nachbarschaft zwischen Messelektrode und zweitem Objekt bestimmt, weniger hingegen durch weiter entfernte Objekte.
Vorteilhafterweise ist eine Messelektrodenanordnung im oder am zweiten Objekt, insbesondere in Stoß- und/oder Zierleisten eines Fahrzeugs unsichtbar verbaubar. Ebenso ist eine Integration in ein Mehrschichtlacksystem angedacht. Hierdurch kann insbesondere eine Platzeinsparung erzielt werden. Ist eine Messelektrodenanordnung unsichtbar verbaut, kann dies insbesondere auch zur Verbesserung der Strömungseigenschaften am Fahrzeug führen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kapazitiven Abstandsmessung gemäß dem Stand der Technik,
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer an einem Fahrzeug angebrachten Vorrichtung zur kapazitiven Abstandsmessung gemäß dem Stand der Technik; und
3 zeigt schematisch in Draufsicht eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt umfassend eine erfindungsgemäße Messelektrodenanordnung zusammen mit einem bewegten Objekt zu einem ersten Zeitpunkt;
4 zeigt die Ausgestaltung gemäß 3 zu einem zweiten Zeitpunkt; und
5 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer gemessenen Kapazität des Messkondensators der Ausgestaltung gemäß 3 oder 4.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist eine Vorrichtung zur kapazitiven Abstandsmessung gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Vorrichtung weist eine Messelektrode 106 und eine Gegenelektrode 101 auf. Durch geeignete Spannungsbeaufschlagung ist zwischen Messelektrode 106 und Gegenelektrode 101 eine geeignete Kondensatorspannung messbar. Insbesondere kann eine Vorrichtung zur Spannungsbeaufschlagung als Sinusgenerator und/oder Wechselstromquelle, die eine Spannung bzw. einen Strom einer bestimmten Frequenz f erzeugt, vorgesehen sein. Zwischen Messelektrode 106 und Gegenelektrode 101 ist in diesem Fall eine Abschirmungselektrode 104 vorgesehen. Die Abschirmungselektrode 104 liegt über einen hochohmigen Impedanzwandler 105 auf gleichem Potential wie die Messelektrode 106 und dient dazu, zwischen Abschirmungselektrode 104 und Messelektrode 106 einen feldfreien Bereich zu schaffen. Hierdurch wird die Kapazität der Anordnung zwischen Messelektrode 106 und Gegenelektrode bzw. Fahrzeug 101 bei niedrigerem Absolutwert der Kapazität anteilsmäßig stärker durch ein sich annäherndes Objekt verringert, als dies ohne Abschirmungselektrode der Fall wäre. In der Abbildung ist ferner ein Objekt 102 dargestellt, das sich, wie durch Pfeil 103 veranschaulicht, auf die Messanordnung zu bewegt. Zum dargestellten Zeitpunkt weisen Objekt 102 und Messelektrode 106 eine Distanz d auf.
In 2 ist eine weitere Vorrichtung zur kapazitiven Abstandsmessung gemäß dem Stand der Technik schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Vorrichtung ist insgesamt mit 200 bezeichnet. Die Bezugszeichen sind im Vergleich zur 1 bei Bezeichnung gleicher oder gleichartiger Objekte um 100 inkrementiert. Vorliegend sind zusätzlich Feldlinien 210 und 211 gezeigt, wobei in dieser Figur die Vorrichtung ohne eine Abschirmungselektrode vorgesehen ist. Es ist ersichtlich, dass Feldlinien 211, die von der Rückseite der Messelektrode 206 zur Gegenelektrode bzw. dem Fahrzeug 201 verlaufen, die Messcharakteristik der Vorrichtung in der Praxis stark dadurch beeinflussen, dass eine direkte Nachbarschaft zwischen Messelektrode und Fahrzeug vorliegt. In diesem Fall wird die Messung damit in geringerem Umfang durch Objekt 202 beeinflusst. Feldlinien 210 entsprechen den Feldlinien, die bei Anwesenheit einer Abschirmungselektrode ausschließlich vorhanden wären.
In den nachfolgend beschriebenen 3 und 4 werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
In 3 ist eine Ausgestaltung einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt zu einem ersten Zeitpunkt t₁ schematisch in Draufsicht dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. Die Vorrichtung 300 umfasst eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Messelektrodenanordnung 301 sowie eine, durch ein ausgedehntes Objekt 302 gebildete Gegenelektrode. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Gegenelektrode üblicherweise durch das zweite Objekt, bspw. ein Eigenfahrzeug, gebildet wird. Die im folgenden beschriebene Ausgestaltung eignet sich jedoch besser zur Darstellung grundlegender Zusammenhänge.
Die Messelektrodenanordnung 301 umfasst in der beispielhaften Ausgestaltung eine ausgedehnte Messelektrode 304, die an einer Seite, beispielsweise einer Flanke eines als Fahrzeug 303 ausgestalteten zweiten Objekts angeordnet ist und mit einer Abdeckung versehen ist, welche Bereiche unterschiedlicher relativer Permittivität aufweist. Dadurch werden eine Anzahl Messelektrodenabschnitte 306a bis 306i gebildet, die beim Zusammenwirken mit dem als Gegenelektrode fungierenden ersten Objekt 302 Messkondensatorabschnitte mit unterschiedlicher Kapazität bilden. In der gezeigten Darstellung ist die Abdeckung so ausgebildet, dass die Messelektrodenabschnitte 306a, 306c, 306e, 306g und 306i jeweils eine hohe Kapazität bereitstellen können, wohingegen die dazwischen liegenden Messelektrodenabschnitte 306b, 306d, 306f und 306h jeweils eine geringe bzw. nicht vorhandenen Kapazität in Wechselwirkung mit dem zweiten Objekt 302 bereitstellen. In der gezeigten Darstellung wird somit die Gesamtkapazität des aus Messelektrode 304 und Gegenelektrode 302 gebildeten Kondensators durch die Kapazität des von den Messelektrodenabschnitt 306a und dem gegenüberliegenden Bereich in der Gegenelektrode gebildeten Messkondensatorabschnitts 316a gebildet. Vorteilhafterweise kann die Abdeckung als Stoß- oder Zierleiste ausgebildet sein, um auf diese Weise die Messelektrodenanordnung unsichtbar an einem Fahrzeug anzubringen.
Die Messelektrodenabschnitte 306a bis 306i der Messelektrodenanordnung 301 sind im Wesentlichen horizontal entlang des Fahrzeugs 303 angeordnet. Die Messelektroden 306a bis 306d sind regelmäßig angeordnet und weisen eine vorbekannte Ausdehnung 307 und 308 zueinander auf. Die Messelektrode 304 ist mit einer Kapazitätmesseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Weiterhin umfasst die Messelektrodenanordnung 301 eine Recheneinheit (nicht gezeigt), die dazu eingerichtet ist, eine Relativgeschwindigkeit eines ersten Objekts zu bestimmen. In einem Abstand d zum Fahrzeug 303 befindet sich das erste Objekt 302, das die Gegenelektrode bildet und beispielsweise ein Fremdfahrzeug sein kann. Das Objekt 302 bewegt sich in die mit 305 bezeichnete Richtung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann durch Messung der Kapazität eines jeden einzelnen Messkondensators 316a bis 316d der Abstand d des Objekts 302 vom Fahrzeug 303 bestimmt werden.
In 4 ist die Ausgestaltung gemäß 3 zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ dargestellt. Zu dem dargestellten Zeitpunkt t₂ befindet sich das Objekt 302 mittlerweile dem Messelektrodenabschnitten 306a, 306b sowie 306c gegenüberliegend. Somit bildet das Objekt zusammen mit den gegenüberliegenden Messelektrodenabschnitten nun drei Messkondensatorabschnitte 316a, 316b und 316c, die zusammen im wesentlichen die Kapazität des aus Messelektrode 304 und Gegenelektrode 302 bestehenden Messkondensators bestimmen. Wie unter Bezugnahme auf 3 erläutert wurde, besitzt der Messkondensatorabschnitt 316b jedoch nur eine verschwindende Kapazität. Aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Gesamtkapazität kann unter Verwendung der bekannten geometrischen Längen 307 und 308 die Geschwindigkeit des Objekts 302 in Richtung 307 bestimmt werden, wie es anhand von 5 noch genauer erläutert wird.
In 5 ist eine zeitliche Abhängigkeit der Kapazität des aus Messelektrode 304 und Gegenelektrode 302 bestehenden Messkondensators aus 3 bzw. 4 in einem Diagramm 500 schematisch dargestellt. Die Kapazität des Messkondensators ist auf einer y-Achse 502 gegen die Zeit t auf einer x-Achse 501 aufgetragen. Der Kapazitätsverlauf des Kondensators ist mit 503 bezeichnet.
Die gemessene Kapazität des Kondensators erhöht sich zu dem Zeitpunkt t₁, da das Objekt 302 den Messelektrodenabschnitt 306a überdeckt. Es versteht sich, dass die Steigung der im Diagramm enthaltenen Anstiege und Abfälle des Messsignals von der Größe der Messelektrodenabschnitte und der Geschwindigkeit des Objekts 302 abhängt. Ohne Einschränkung kann jedoch der Einfachheit halber von einer nahezu senkrechten Flanke ausgegangen werden. Ebenso versteht sich, dass die unter Annahme verschwindender relativer Permittivitäten der eine Ausdehnung 308 aufweisenden Messelektrodenabschnitte 306b, 306d usw. dargestellten horizontalen Signalverläufe ebenfalls in Abhängigkeit von der tatsächlichen Permittivität eine geringe Steigung aufweisen können.
Zu dem Zeitpunkt t₂, zu dem das Objekt 302 den Messelektrodenabschnitt 306c erreicht und den Messkondensatorabschnitt 316c bildet, erhöht sich die Gesamtkapazität des aus Messelektrode 304 und Gegenelektrode 302 bestehenden Kondensators um die Kapazität des Messkondensatorabschnitts 316c. Im weiteren zeitlichen Verlauf verlässt das zweite Objekt 302 den Einflussbereich des Messelektrodenabschnitts 306a, so dass der Messkondensatorabschnitt 316a nicht mehr zur Gesamtkapazität beitragen kann. Aus diesem Grund sinkt die gemessene Gesamtkapazität zu dem Zeitpunkt t₃ wieder ab. Wenn das erste Objekt 302 zu einem Zeitpunkt t₄ schließlich den Messelektrodenabschnitt 306d erreicht, steigt die Gesamtkapazität wiederum entsprechend an. Dieses Verhalten wiederholt sich fortlaufend, bis schließlich das erste Objekt 302 den Bereich der Messelektrodenanordnung 301 vollständig verlassen hat.
Aus den zeitlichen Abständen der ansteigenden Flanken zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₄ usw. oder den Zeitpunkten der abfallenden Flanken t₃, t₅ usw. kann unter Berücksichtigung der zugehörigen Ausdehnungen 307 + 308 die Relativgeschwindigkeit des Objekts 302 zum Fahrzeug bestimmt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Gesamtkapazität auf die Größe des Objekts 302 geschlossen werden. In der gezeigten Darstellung kann beispielsweise eine Zeitspanne t₃–t₂ berechnet werden, zu der das erste Objekt 302 zwei Messelektrodenabschnitte mit hoher Kapazität überdeckt. Bereits hieraus kann abgeschätzt werden, dass die Ausdehnung 309 des zweiten Objekts 302 zumindest der Ausdehnung 307 + 308 + 307 der überdeckten Messelektrodenabschnitte entspricht. Gemäß einer weiter verbesserten Ausgestaltung kann aus der Zeitdifferenz t₃–t₂ und der zuvor berechneten Geschwindigkeit des Objekt 302 ein genauerer Wert für die Ausdehnung 309 des Objekts 302 bestimmt werden, indem beispielsweise zu der soeben berechneten Länge 307 + 308 + 307 das Produkt aus Zeitdifferenz t₃–t₂ und der ermittelten Geschwindigkeit addiert wird.
Die 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele zur Anbringung der Elektrodenanordnung am Eigenfahrzeug. Die Gegenelektrode wird für beide Anordnungen im Ausführungsbeispiel durch das Objekt gebildet. Die Kapazitätsmessung kann vorzugsweise auch zwischen einer Messelektrode und dem Eigenfahrzeug erfolgen, wobei die Kapazität dieser Anordnung durch die Annäherung eines Objekts ebenfalls erhöht wird.
Es versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die Verwendung bei Fahrzeugen beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 2404443 [0005]
- DE 19501642 B4 [0006, 0006]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt, insbesondere einem Fahrzeug (303), wobei eine Vorrichtung (300) bereitgestellt wird, die insbesondere an dem zweiten Objekt (303) angebracht wird und die eine Messelektrodenanordnung (301) umfassend wenigstens zwei Messelektrodenabschnitte (306a bis 306i) zur Wechselwirkung mit wenigstens einer Gegenelektrode (302) aufweist, wobei die Kapazität eines jeweils einen Messelektrodenabschnitt (306a, 306b, 306c) sowie eine Gegenelektrode (302) umfassenden Messkondensatorabschnitts (316a, 316b, 316c) von dem Abstand (d) des ersten Objekts (302) von dem jeweiligen Messelektrodenabschnitt (306a, 306b, 306c) abhängt, wobei die Messelektrodenanordnung (301) derart ausgebildet ist, dass zwei benachbarte Messkondensatorabschnitte (316a, 316b; 316b, 316c) eine unterschiedliche Kapazität aufweisen, wobei ein erster Zeitpunkt (t₁) der Beeinflussung eines ersten Messkondensatorabschnitts (316a) durch das erste Objekt (302) und ein zweiter Zeitpunkt (t₂) der Beeinflussung eines zweiten Messkondensatorabschnitts (316c) durch das erste Objekt (302) bestimmt werden, wobei die Geschwindigkeit aus einem Verhältnis eines Abstandes (307 + 308) des zweiten Messkondensatorabschnitts (316c) von dem ersten Messkondensatorabschnitt (316a) und einer Zeitspanne (t₂–t₁) zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t₂) und dem ersten Zeitpunkt (t₁) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zusätzlich der Abstand (d) des ersten Objekts (302) von einem Messelektrodenabschnitt (306a, 306b, 306c) mittels Messung der Kapazität aller einen Messkondensator bildenden Messkondensatorabschnitte bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels der Messkondensatorabschnitte (316a, 316b, 316c), die von dem ersten Objekt (302) beeinflusst werden, eine Größe (309) des ersten Objekts (302) bestimmt wird.
Messelektrodenanordnung mit wenigstens zwei Messelektrodenabschnitten (306a bis 306i) zur Wechselwirkung mit wenigstens einer Gegenelektrode (302), wobei die Kapazität eines jeweils einen Messelektrodenabschnitt (306a bis 306i) sowie eine Gegenelektrode (302) umfassenden Messkondensatorabschnitts (316a, 316b, 316c) von einem Abstand (d) eines Objekts (302) von dem jeweiligen Messelektrodenabschnitt (316a, 316b, 316c) abhängt, wobei die Messelektrodenanordnung (301) derart ausgebildet ist, dass zwei benachbarte Messkondensatorabschnitte (316a, 316b; 316b, 316c) eine unterschiedliche Kapazität aufweisen, und mit einer Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, einen ersten Zeitpunkt (t₁) der Beeinflussung eines ersten Messkondensatorabschnitts (316a) durch ein erstes Objekt (302) und einen zweiten Zeitpunkt (t₂) der Beeinflussung eines zweiten Messkondensatorabschnitts (316c) durch das erste Objekt (302) und die Geschwindigkeit aus einem Verhältnis eines Abstandes (307 + 308) des zweiten Messkondensatorabschnitts (316c) von dem ersten Messkondensatorabschnitt (316a) und einer Zeitspanne (t₂–t₁) zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t₂) und dem ersten Zeitpunkt (t₁) zu bestimmen.
Messelektrodenanordnung nach Anspruch 4, wobei zwei benachbarte Messelektrodenabschnitte (306a, 306b; 306b, 306c; 306c, 306d) eine Abdeckung mit unterschiedlicher relative Permittivität aufweisen.
Messelektrodenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei zwei benachbarte Messelektrodenabschnitte eine unterschiedliche Fläche aufweisen.
Messelektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die wenigstens zwei Messelektrodenabschnitte (306a bis 306i) auf derselben Seite des zweiten Objekts (303) angeordnet sind.
Messelektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die wenigstens zwei Messelektrodenabschnitte (306a bis 306i) im wesentlichen horizontal und/oder vertikal angeordnet sind.
Messelektrodenanordnung nach einem Ansprüche 4 bis 8, die in oder an einem zweiten Objekt, insbesondere in einer Stoß-, Zierleiste und/oder einem Lack eines Fahrzeugs (301), unsichtbar verbaut ist.
Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt, insbesondere einem Fahrzeug (303), umfassend wenigstens eine Messelektrodenanordnung (301) nach einem der Ansprüche 4 bis 9 sowie wenigstens eine Gegenelektrode (302).
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei zwei benachbarte Messelektrodenabschnitte (306a, 306b; 306b, 306c; 306c, 306d) einen unterschiedlichen Abstand zur Gegenelektrode aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die wenigstens eine Gegenelektrode durch ein das zweite Objekt bildendes Fahrzeug gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Abschirmungselektrode zwischen der wenigstens einen Messelektrode und der wenigstens einen Gegenelektrode vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die wenigstens eine Gegenelektrode durch das erste Objekt (302) gebildet wird.