DE102008041635A1 - Measuring electrode arrangement, apparatus and a method for capacitive distance measurement - Google Patents

Measuring electrode arrangement, apparatus and a method for capacitive distance measurement Download PDF

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Uwe Zimmermann
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures

Abstract

Es wird ein Verfahren zur kapazitiven Abstandsmessung vorgeschlagen, das einen Schritt des Empfangens (102) eines von einer ersten Messelektrode bereitgestellten ersten Kapazitätswertes, einen Schritt des Empfangens (104) eines von einer zweiten Messelektrode (204) bereitgestellten zweiten Kapazitätswertes und einen Schritt des Bestimmens (106) eines Abstandswertes (212, 214) basierend auf dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert und einem vorbestimmten Abstand (216) zwischen der ersten Messelektrode und der zweiten Messelektrode umfasst.A method for capacitive distance measurement is proposed, comprising a step of receiving (102) a first capacitance value provided by a first measuring electrode, a step of receiving (104) a second capacitance value provided by a second measuring electrode (204) and a step of determining ( 106) of a distance value (212, 214) based on the first capacitance value and the second capacitance value and a predetermined distance (216) between the first measurement electrode and the second measurement electrode.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Messelektrodenanordnung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur kapazitiven Abstandsmessung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The The invention relates to a measuring electrode arrangement, a device and a method for capacitive distance measurement, a corresponding computer program and a corresponding computer program product.

Obwohl die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen die Bestimmung eines Abstandes eines Objekts von einem als Fahrzeug ausgebildeten Körper behandelt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr für alle Arten von Körpenr, insbesondere auch für unbewegliche, geeignet.Even though the following description essentially the determination of a Distance of an object from a body formed as a vehicle treated, the invention is not limited thereto, but rather for all types of Körpenr, in particular also for immovable, suitable.

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.It are devices and methods for distance measurement between vehicles and objects known. The distance measurement can, for example, by means of Capacitive sensor through an electrode system on the own vehicle be made, the capacity of this electrode assembly is influenced by an approaching object.

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.It is understood by "own vehicle" the vehicle, this is the device for distance measurement, which is described in more detail below is considered. Under "object" is every object understood in the environment of the own vehicle, which can be detected by the capacitive distance measurement, in particular are also other vehicles ("other vehicles") as well as stationary objects in the distance and / or close range of the Own vehicle understood.

Ein kapazitiver Sensor ist bspw. aus der GB 24 044 43 bekannt.A capacitive sensor is, for example, from the GB 24 044 43 known.

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.From the DE 195 01 642 B4 For example, a capacitive sensor is known which extends over the entire rear bumper. The capacitive sensor is formed by an electrode which is connected to the input of an amplifier and via a resistor to a sine-wave generator. The output voltage of an amplifier and the voltage of a sine-wave generator are supplied to a phase comparison circuit. The phase difference is dependent on the capacitor formed by the electrode to ground. This capacitor is influenced by an object located in its vicinity or moving towards or away from it. The DE 195 01 642 B4 further discusses the use of a shield electrode in a capacitive proximity sensor.

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 εr des dazwischen befindlichen Materials ab.To determine the distance of an object from the own vehicle, the capacitance or capacitance change is determined when using a capacitive distance sensor. Usually, the capacity of a measuring electrode is determined against the own vehicle. The measurable capacity is influenced by a nearby object. By using a shielding electrode between the measuring electrode and the own vehicle, an improvement of the sensitivity can be achieved. The measured capacitance depends, similar to a plate capacitor, inter alia reciprocally on the distance d between the measuring electrode and the object and on the effective area A, the electric field constant (ε 0 = 8.85 × 10 -12 F / m) and the relative permittivity ε r of the intervening material from.

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.modern Areas of application in vehicle technology require detection of objects in the environment of an own vehicle in different Intervals. For driver assistance functions, for example For example, the "PreCrash" technique of interest, relatively distant objects, in particular foreign vehicles, whereas there are parking or maneuver assistance functions may be of interest, objects that are in the immediate vicinity of the own vehicle and when parking and / or maneuvering could damage the vehicle.

Neben der für die Abstandsmessung maßgeblichen Abhängigkeit der Kapazität vom Abstand d hängt die Kapazität auch von der wirksamen Elektrodenfläche und der Dielektrizitätskonstanten bzw. relativen Permittivität ab. Dabei wird die Kapazität der Anordnung aufgrund der hohen relativen Permittivität von Wasser stark von Witterungseinflüssen, wie z. B. schwankende Luftfeuchtigkeit oder Temperatur beeinflusst. Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten kapazitiven Abstandsmessvorrichtungen.Next the dependence on the distance measurement the capacity of the distance d depends on the capacity also on the effective electrode area and the dielectric constant or relative permittivity. This is the capacity the arrangement due to the high relative permittivity of Water strongly from the weather, such. B. fluctuating humidity or temperature influences. There is therefore a need for improved capacitive distance measuring devices.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur kapazitiven Abstandsmessung, weiterhin eine Recheneinheit, die dieses Verfahren verwendet, sowie ein entsprechendes Computerprogramm und Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.In front In this background, the present invention provides a method for capacitive distance measurement, furthermore a computing unit, this Method used, as well as a corresponding computer program and Computer program product according to independent Claims presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Eliminierung der Witterungsabhängigkeiten bei einer kapazitiven Abstandsmessung mittels einer Kapazitätsmessung in unterschiedlichen Abständen erfolgen kann. Erfindungsgemäß kann durch Einsatz einer geeigneten geometrischen Anordnung von Elektroden an einem Körper wie z. B. Eigenfahrzeug der Abstand zu anderen Objekten wie z. B. Fahrzeugen möglichst witterungsunabhängig bestimmt werden. Dazu wird als Sensorsystem eine Anordnung bestehend aus mindestens zwei Elektroden vorgeschlagen, die jeweils einen unterschiedlichen Abstand zum Messobjekt haben.The invention is based on the recognition that an elimination of the weather dependencies in a capacitive distance measurement by means of a capacitance measurement can be carried out at different intervals. According to the invention, by using a suitable geometric arrangement of electrodes on a body such. B. own vehicle, the distance to other objects such. B. vehicles are determined as possible weather independent. This is as a sensor system on order consisting of at least two electrodes proposed, each having a different distance to the measured object.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens zwei Messkondensatoren auf, von denen jeder im wesentlichen wenigstens eine Messelektrode und eine Gegenelektrode umfasst, wobei die Gegenelektrode im Regelfall von dem Körper, an dem die Messelektrodenanordnung angebracht ist, wie z. B. das Eigenfahrzeug, gebildet wird. Ein Messkondensator umfasst in diesem Fall die Messelektrode und die am Körper angebrachte bzw. durch den Körper selbst gebildete Gegenelektrode und weist eine Kapazität auf, die durch Annäherung eines Objekts erhöht wird. Die Kapazität des Messkondensators wird durch Objekte, die sich in der Umgebung der Elektroden befinden, beeinflusst. Hierdurch lässt sich eine Bewegung eines Objekts auf die Elektroden zu bzw. von ihnen weg in Form einer Kapazitätsänderung feststellen und/oder der Abstand eines Objekts von der Elektrode oder davon abgeleitete Größen bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei einer anderen, ebenso für die Erfindung geeigneten Ausgestaltung wird die Gegenelektrode durch das Objekt gebildet.The inventive device has at least two measuring capacitors, each of which essentially at least substantially a measuring electrode and a counter electrode, wherein the counter electrode as a rule, from the body to which the measuring electrode arrangement is appropriate, such. B. the own vehicle is formed. One Measuring capacitor in this case includes the measuring electrode and the attached to the body or by the body itself formed counter electrode and has a capacity, which is increased by approaching an object. The capacitance of the measuring capacitor is determined by objects, which are in the vicinity of the electrodes influenced. hereby lets a movement of an object on the electrodes to or from them in the form of a capacity change and / or the distance of an object from or from the electrode determine derived quantities. The invention Method makes use of a particular invention Contraption. In another, as well for the invention suitable embodiment, the counter electrode is through the object educated.

Wird die Gegenelektrode vom 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 erhöht 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 Fahrzeug bestimmt, weniger hingegen durch weiter entfernte Objekte.Becomes the counter electrode formed by the own vehicle can improve the measuring characteristic further includes a shielding electrode between Measuring electrode and counter electrode are provided, for example, over a high-impedance impedance converter according to common circuit technology at the same potential as the measuring electrode. This can between the shield electrode and the measuring electrode a field-free Created area. This arrangement becomes an improvement the measurement quality achieved, with the field line course between measuring electrode and counter electrode at lower absolute value the capacity proportionally stronger is increased by an approaching object, as would be the case without shield electrode. In this Case, d. H. in the absence of a shield electrode the capacity essentially by the direct neighborhood between the measuring electrode and the vehicle, but less through more distant objects.

Vorteilhafterweise bietet der erfindungsgemäße Ansatz eine kostengünstige Methode zur Elimination der Witterungseinflüssen, wie z. B. Luftfeuchtigkeit, auf die Messung von Abständen mit kapazitiver Abstandssensorik.advantageously, the approach of the invention offers a cost-effective Method for eliminating the effects of the weather, such. As humidity, on the measurement of distances with capacitive distance sensor.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur kapazitiven Abstandsmessung, wobei ein von einer ersten Messelektrode bereitgestellter ersten Kapazitätswert und ein von einer zweiten Messelektrode bereitgestellter zweiter Kapazitätswert ermittelt werden. Ein Abstandswert wird basierend auf dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert und einem vorbestimmten Abstand zwischen der ersten Messelektrode und der zweiten Messelektrode bestimmt. Der vorbestimmte Abstand ist insbesondere größer Null in Richtung einer Flächennormalen. Vorzugsweise sind die Elektrodenebenen somit in einem vorbestimmten Abstand im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das erfindungsgemäß Verfahren ermöglicht eine Elimination von Umwelteinflüssen bei kapazitiver Abstandsmessung durch Messung bei unterschiedlichen Abständen.The The present invention provides a method for capacitive distance measurement. wherein a first capacitance value provided by a first measuring electrode and a second one provided by a second measuring electrode Capacity value are determined. A distance value becomes based on the first capacity value and the second one Capacity value and a predetermined distance between the first measuring electrode and the second measuring electrode determined. Of the predetermined distance is in particular greater than zero in the direction of a surface normal. Preferably, the Electrode planes thus at a predetermined distance substantially parallel arranged to each other. The inventive method allows elimination of environmental influences with capacitive distance measurement by measurement at different Intervals.

Gemäß einer Ausgestaltung weist die erste Messelektrode einen ersten Abstand zu einem Messobjekt und die zweite Messelektrode einen sich von dem ersten Abstand unterscheidenden zweiten Abstand zu dem Messobjekt auf und der vorbestimmte Abstand entspricht einer Differenz zwischen dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand.According to one Embodiment, the first measuring electrode has a first distance to a measuring object and the second measuring electrode a from the first distance distinguishing second distance to the measurement object and the predetermined distance corresponds to a difference between the first distance and the second distance.

Der Abstandswert kann vorteilhafterweise ohne Berücksichtigung einer relativen Permittivität des sich zwischen Objekt und Messelektroden befindlichen Materials bestimmt werden. Insbesondere kann der Abstandswert in Abhängigkeit von einem Verhältnis der beiden Kapazitätswerte bestimmt werden.Of the Distance value can be advantageously without consideration a relative permittivity of the object between and measuring electrodes located material. In particular, can the distance value as a function of a ratio of the two capacitance values.

Vorteilhafterweise kann der Abstandswert unabhängig von der relativen Permittivität ermittelt werden, da diese durch eine Verhältnisbildung nicht mehr in die Abstandberechnung eingeht.advantageously, The distance value can be independent of the relative permittivity be determined, as these by a ratio formation no longer included in the distance calculation.

Bei dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert kann es sich um unabhängig voneinander bereitgestellte Kapazitätswerte handeln. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert in Bezug auf eine zur Abstandsmessung erforderliche Genauigkeit um zumindest annähernd gleichzeitig erfasste Kapazitätswerte. Auf diese Weise kann eine Ungenauigkeit bei der Abstandsermittlung, beispielsweise aufgrund eines sich bewegenden Messobjekts verringert werden. Vorteilhafterweise sehen die die erste Messelektrode und die zweiten Messelektrode in Bezug auf die Abstandsmessung zumindest annähernd dieselbe wirksame Elektrodenfläche.at the first capacitance value and the second capacitance value it can be provided independently Capacity values act. Advantageously, it is at the first capacitance value and the second capacitance value in Referring to an accuracy required for distance measurement at least approximately simultaneously recorded capacity values. In this way, an inaccuracy in the distance determination, for example, reduced due to a moving object to be measured become. Advantageously, they see the first measuring electrode and the second measuring electrode with respect to the distance measurement at least approximately the same effective electrode area.

Gemäß einer Ausgestaltung kann zum Bestimmen des Abstandswertes eine Analog/Digitalwandlung des ersten und des zweiten Kapazitätswertes erfolgen. Somit können die Kapazitätsmesswerte in digitaler Form weiterverarbeitet werden.According to one Embodiment may be for determining the distance value, an analog / digital conversion of the first and second capacity values. Consequently Capacity readings can be in digital form be further processed.

Auch durch die Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Recheneinheit kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Eine erfindungsgemäße Recheneinheit zur kapazitiven Abstandsmessung weist insbesondere eine Einrichtung zum Empfangen eines von einer ersten Messelektrode bereitgestellten ersten Kapazitätswertes über eine Schnittstelle, eine Einrichtung zum Empfangen eines von einer zweiten Messelektrode bereitgestellten zweiten Kapazitätswertes über die Schnittstelle und eine Einrichtung zum Bestimmen eines Abstandswertes basierend auf dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert und einem vorbestimmten Abstand zwischen der ersten Messelektrode und der zweiten Messelektrode auf.Also by the embodiment of the invention in the form of a computing unit, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently. A Re invention In particular, the unit for capacitive distance measurement comprises means for receiving via the interface a first capacitance value provided by a first measuring electrode, means for receiving a second capacitance value provided by a second measuring electrode via the interface, and means for determining a distance value based on the first capacitance value and the second capacitance value and a predetermined distance between the first measuring electrode and the second measuring electrode.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Sensorsystem zur kapazitiven Abstandsmessung, mit einer ersten Messelektrode und mindestens einer zweiten Messelektrode, wobei die erste Messelektrode und die mindestens eine zweite Messelektrode so angeordnet sind, dass sie unterschiedliche Abstände zu einem Messobjekt und/oder zu einer Gegenelektrode aufweisen. Vorteilhafterweise ist eine Integration der Messelektroden in ein Mehrschichtlacksystem eines Fahrzeugs oder der Verbau hinter Rammschutz- bzw. Zierleisten am möglich. Ein solches Sensorsystem ist geeignet, um Kapazitätsmesswerte bereitzustellen, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewertet werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise von einem Steuergerät ausgeführt werden.The The present invention further provides a sensor system for capacitive Distance measurement, with a first measuring electrode and at least one second Measuring electrode, wherein the first measuring electrode and the at least a second measuring electrode are arranged to be different Distances to a measurement object and / or to a counter electrode exhibit. Advantageously, an integration of the measuring electrodes in a multi-layer paint system of a vehicle or the shed behind Rammschutz- or trim on possible. Such a sensor system is suitable for providing capacity measurements that evaluated by the method according to the invention can be. The inventive method can for example be executed by a controller become.

Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät (bspw. ECU), ausgeführt wird.The Invention also relates to a computer program with program code means, to all the steps of a method according to the invention perform when the computer program on a computer or a corresponding computing unit, in particular a control unit (eg ECU).

Das erfindungsgemäß vorgesehene Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist zum Durchführen aller Schritte eines Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät (bspw. ECU), ausgeführt wird. Geeignete Datenträger sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The Computer program product provided according to the invention with program code means stored on a computer readable medium are stored for performing all the steps of a method trained when the computer program on a computer or a corresponding arithmetic unit, in particular a control device (eg. ECU). Suitable data carriers are especially floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and DVDs a. m. Also a download of a program via computer networks (Internet, intranet, etc.) is possible.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the Description and attached drawing.

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.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The Invention is based on an embodiment in the Drawing schematically illustrated and will be referred to below described in detail on the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 shows a flowchart of a method according to the invention;

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 2 shows a schematic representation of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention; and

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic representation of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.Same or similar elements can be found in the following Figures provided by the same or similar reference numerals be. Further included in the figures of the drawings, their description and the claims numerous features in combination. a It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or they become further combinations not explicitly described here can be summarized.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur kapazitiven Abstandsmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt erfolgt ein Ermitteln 102 eines von einer ersten Messelektrode bereitgestellten ersten Kapazitätswertes. Dieser Kapazitätswert kann insbesondere über eine Schnittstelle empfangen werden. Bei der Schnittstelle kann es sich um eine Schnittstelle zwischen der ersten Messelektrode und einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens handeln. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Ermitteln 104 eines von einer zweiten Messelektrode bereitgestellten zweiten Kapazitätswertes. Die Schritte des Ermittelns oder Empfangens können gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ausgeführt werden. In einem dritten Schritt erfolgt ein Bestimmen 106 eines Abstandswertes basierend auf dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert und einem vorbestimmten Abstand zwischen der ersten Messelektrode und der zweiten Messelektrode. Der vorbestimmte Abstand kann beispielsweise von einer Speichereinrichtung bereitgestellt werden. 1 shows a flowchart of a method for capacitive distance measurement according to an embodiment of the present invention. In a first step, a determination is made 102 a first capacitance value provided by a first measuring electrode. This capacitance value can be received in particular via an interface. The interface may be an interface between the first measuring electrode and a device for carrying out the method according to the invention. In a second step, a determination is made 104 a second capacitance value provided by a second measuring electrode. The steps of determining or receiving may be performed simultaneously or sequentially. In a third step, a determination is made 106 a distance value based on the first capacitance value and the second capacitance value and a predetermined distance between the first measurement electrode and the second measurement electrode. The predetermined distance may, for example, be provided by a memory device.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Messelektroden so angeordnet sein, dass sie unterschiedliche Abstände zu einem Messobjekt aufweisen. In diesem Fall kann der vorbestimmte Abstand einer Differenz zwischen den unterschiedlichen Abständen der Messelektroden zu dem Messobjekt entsprechen. Um den Abstandswert zu bestimmen kann eine Recheneinrichtung bereitgestellt werden, die ausgebildet ist, um den Abstandswert basierend auf dem ersten und dem zweiten Kapazitätswert, sowie dem vorbestimmten Abstand zu bestimmen. Zur einfacheren Verarbeitung kann der erste und der zweite Kapazitätswert zuvor einer Analog/Digitalwandlung unterzogen werden. Die Analog/Digitalwandlung kann mittels eines geeigneten Analog/Digitalwandlers durchgeführt werden. Die Recheneinrichtung kann ausgebildet sein, um den Abstandswert anhand eines Verhältnisses von erstem und zweitem Kapazitätswert bestimmt werden.According to an embodiment, the measuring electrodes may be arranged so that they have different distances to a measured object. In this case, the predetermined Ab was a difference between the different distances of the measuring electrodes to the measured object correspond. To determine the distance value, a computing device may be provided that is configured to determine the distance value based on the first and the second capacitance value, as well as the predetermined distance. For ease of processing, the first and second capacitance values may be previously subjected to analog-to-digital conversion. The analog / digital conversion can be carried out by means of a suitable analog / digital converter. The computing device can be designed to determine the distance value on the basis of a ratio of the first and second capacitance values.

Idealerweise werden der erste und der zweite Kapazitätswert unabhängig von unterschiedlichen Messelektroden bereitgestellt. Eine Erfassung des ersten und des zweite Kapazitätswertes sollte dabei gleichzeitig oder zumindest zeitnah erfolgen, damit sich eine Abstandsänderung zu dem Messobjekt nicht nachteilig auf die Messgenauigkeit auswirkt. Zudem können die Messelektroden so ausgeführt und angeordnet sein, dass sie die gleiche oder zumindest annähernd dieselbe wirksame Elektrodenfläche sehen.Ideally the first and second capacitance values become independent provided by different measuring electrodes. A capture the first and the second capacity value should be at the same time or at least timely, so that a change in distance to the measurement object does not adversely affect the measurement accuracy. moreover the measuring electrodes can be designed and arranged this way be that they are the same or at least approximately the same See effective electrode area.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Eliminierung von Witterungseinflüssen mittels zweier Messelektroden mit vorbestimmtem Abstand. Insbesondere zeigt 2 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Messelektrodenanordnung 201 mit zwei Messabständen, die zum Einsatz bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kapazitiven Abstandsmessung geeignet ist. Insbesondere ist die Elektrodenanordnung geeignet, um den ersten und den zweiten Kapazitätswert bereitzustellen. Die Messelektrodenanordnung 201 weist eine erste Messelektrode 202 und eine zweite Messelektrode 204 zur Wechselwirkung mit einer Gegenelektrode 203 auf. Die Gegenelektrode 203 wird üblicherweise vom Eigenfahrzeug gebildet. Die beiden Messelektroden 202 und 204 weisen einen vorbestimmten Abstand 216 in Richtung der Gegenelektrode 203 bzw. des Objekts 206 voneinander auf. Aufgrund des vorbestimmten Abstandes unterscheidet sich die von der ersten Messelektrode 202 bereitgestellte Kapazität von der von der zweiten Messelektrode 204 bereitgestellten Kapazität. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abstandsbestimmung kann beispielsweise der Abstand 212 oder der Abstand 214, also der Abstand zwischen einer der Elektroden 202, 204 und dem Objekt 206 bestimmt werden. 2 shows an embodiment for the elimination of weather influences by means of two measuring electrodes with a predetermined distance. In particular shows 2 an embodiment of a measuring electrode arrangement according to the invention 201 with two measuring distances, which is suitable for use in the device according to the invention for capacitive distance measurement. In particular, the electrode assembly is adapted to provide the first and second capacitance values. The measuring electrode arrangement 201 has a first measuring electrode 202 and a second measuring electrode 204 for interaction with a counter electrode 203 on. The counter electrode 203 is usually formed by the own vehicle. The two measuring electrodes 202 and 204 have a predetermined distance 216 in the direction of the counter electrode 203 or the object 206 from each other. Due to the predetermined distance, the difference from the first measuring electrode 202 provided capacity of that of the second measuring electrode 204 provided capacity. By means of the inventive method for distance determination, for example, the distance 212 or the distance 214 that is the distance between one of the electrodes 202 . 204 and the object 206 be determined.

Die von den Elektroden bereitgestellt Kapazität ist u. a. auch von einem Abstand des Objekts von den Elektroden sowie von dem zwischen Objekt und Elektroden befindlichen Material bzw. dessen relativer Permittivität abhängig. Da die relative Permittivität bzw. Dielektrizitätskonstante u. a. sehr stark von der Luftfeuchtigkeit abhängig ist (εr von Wasser ~80), ist eine reproduzierbare Messung des Abstandes in Abhängigkeit von der Kapazität der Elektrodenanordnung stark fehlerbehaftet.The capacitance provided by the electrodes is also dependent, inter alia, on a distance of the object from the electrodes and on the material or its relative permittivity between the object and the electrodes. Since the relative permittivity or dielectric constant, inter alia, depends very much on the air humidity (ε r of water ~ 80), a reproducible measurement of the distance as a function of the capacitance of the electrode arrangement is heavily faulty.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aus dem bekannten Abstand 216 und den gemessenen Kapazitätswerten z. B. der Abstand 212 (d1) unabhängig von der relativen Permittivität des Materials zwischen Elektroden und Objekt bestimmt werden. In entsprechender Weise könnte der Abstand 214 (d2) bestimmt werden.According to the method of the invention can from the known distance 216 and the measured capacitance values z. B. the distance 212 (d 1 ) are determined independently of the relative permittivity of the material between electrodes and object. In a similar way, the distance could 214 (d 2 ) are determined.

Die Abstände d1 und d2 können unter Verwendung einer Konstanten K angenähert werden als::

Figure 00090001
The distances d 1 and d 2 can be approximated using a constant K ::
Figure 00090001

Damit ergibt sich für den und damit für den Abstand d1: folgender grob genäherter Zusammenhang:

Figure 00090002
d. h. der zu bestimmende Abstand d1 ist näherungsweise nur noch vom bekannten Abstand der Elektroden Δd und dem Quotienten der gemessenen Kapazitäten abhängig. Die witterungsabhängige relative Permittivität εr geht nicht mehr in die Berechnung ein.This results in the following roughly approximated relationship for and therefore for the distance d 1 :
Figure 00090002
ie the distance d 1 to be determined is approximately only dependent on the known distance of the electrodes Δd and the quotient of the measured capacitances. The weather-dependent relative permittivity ε r is no longer included in the calculation.

Die Messung der Kapazitäten kann mittels bekannter Verfahren durchgeführt werden, z. B. mittels Messung der Anstiegszeit. Die Quotientenbildung kann vorteilhafterweise durch Division der A/D-gewandelten Maßzahlen in einem Rechenwerk erfolgen.The Capacitance measurement can be done by known methods be carried out, for. B. by measuring the rise time. The quotient formation can advantageously be carried out by dividing the A / D-converted Measures are done in a calculator.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung der Kapazitäten der beiden Anordnungen unabhängig voneinander. Dabei wird eine möglichst gleichzeitige Messung der Kapazitätswerte, im Vergleich zur Dynamik der Szenerie angestrebt. Ferner sollen die Messelektroden möglichst dieselbe wirksame Elektrodenfläche aufweisen.According to this Embodiment takes place, the measurement of the capacities the two arrangements independent of each other. It will as simultaneous a measurement of the capacitance values as possible, sought in comparison to the dynamics of the scenery. Furthermore, should the measuring electrodes as possible the same effective electrode area exhibit.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Anbringung der Messelektroden 202, 204 an einem Fahrzeug 301 (Eigenfahrzeug). Gezeigt ist eine schematische Darstellung des Fahrzeugs 301 mit einem Insassen. An einer Seite des Fahrzeugs ist die Messelektrodenanordnung 201 umfassend die erste Elektrode 202 und die zweite Elektrode 204 angeordnet. Somit eignet sich die Messelektrodenanordnung 201 zur Abstandsmessung zu einem Objekt 206. Entsprechend zu 1 ist der Abstand 212 (d1) zwischen der ersten Elektrode 202 und dem Objekt 206 und der Abstand 214 (d2) zwischen der zweiten Elektrode 204 und dem Objekt 206 dargestellt. Ferner ist der Abstand 216 (Δd) zwischen der ersten Elektrode 202 und der zweiten Elektrode 204 dargestellt. Durch den Pfeil 302 ist eine Bewegung des Objekts 206 in Richtung der Elektroden 202, 204 angedeutet. 3 shows an embodiment for attaching the measuring electrodes 202 . 204 on a vehicle 301 (Own vehicle). Shown is a schematic representation of the vehicle 301 with an inmate. On one side of the vehicle is the measuring electrode assembly 201 comprising the first electrode 202 and the second electrode 204 arranged. Thus, the measuring electrode arrangement is suitable 201 for distance measurement to an object 206 , Correspondingly too 1 is the distance 212 (d 1 ) between the first electrode 202 and the object 206 and the distance 214 (d 2 ) between the second electrode 204 and the object 206 shown. Further, the distance 216 (Δd) between the first electrode 202 and the second electrode 204 shown. By the arrow 302 is a movement of the object 206 in the direction of the electrodes 202 . 204 indicated.

Die Gegenelektrode wird für die Anordnung gemäß 3 durch das Eigenfahrzeug 301 gebildet. Eine Bewegung des Fremdfahrzeugs 206 führt zu einer Veränderung der Abstände 212, 214 zwischen dem Fremdfahrzeug und der ersten Messelektrode 202 und der zweiten Messelektrode 204 und damit zu einer Kapazitätsänderung.The counter electrode is used for the arrangement according to 3 through the own vehicle 301 educated. A movement of the foreign vehicle 206 leads to a change in the distances 212 . 214 between the foreign vehicle and the first measuring electrode 202 and the second measuring electrode 204 and thus to a capacity change.

Die Anordnung der Elektroden 202, 204 am Fahrzeug kann gemäß unterschiedlichen Integrationskonzepten erfolgen. Ein mögliches Integrationskonzept ist die Integration der Elektroden 202, 204 in ein Mehrschichtlacksystem. Alternativ ist ein Verbau der Elektroden 202, 204 hinter Rammschutz- bzw. Zierleisten am Eigenfahrzeug möglich. Geeignet sind alle Anordnungen, die eine Abstandsmessung zu dem Objekt 206 ermöglichen.The arrangement of the electrodes 202 . 204 on the vehicle can be done according to different integration concepts. One possible integration concept is the integration of the electrodes 202 . 204 in a multi-layer paint system. Alternatively, a shoring of the electrodes 202 . 204 behind Rammschutz- or trim on the own vehicle possible. Suitable are all arrangements that provide a distance measurement to the object 206 enable.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Anstelle der gezeigten zwei unterschiedlichen Messelektroden, die einen unterschiedlichen Messabstand zum Objekt haben, können auch drei oder mehr Messelektroden eingesetzt werden. Dadurch können mehrere Kapazitätsmesswerte erfasst werden, die die Messgenauigkeit erhöhen. Die Messelektroden können als Platten oder in einer anderen geeigneten Elektrodenform ausgebildet sein. Zudem kann die Anordnung der Messelektroden an die Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeugs angepasst werden. Insbesondere ist die Erfindung jedoch nicht auf die Verwendung bei Fahrzeugen beschränkt.The described embodiments are only exemplary chosen and can be combined with each other. Instead of the shown two different measuring electrodes, the can have a different measuring distance to the object also three or more measuring electrodes are used. Thereby can Several capacity readings are taken, which are the measurement accuracy increase. The measuring electrodes can be used as plates or be formed in another suitable electrode shape. In addition, the arrangement of the measuring electrodes to the conditions be adapted to the respective vehicle. In particular, the However, the invention is not limited to use in vehicles.

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Claims (13)

Messelektrodenanordnung mit wenigstens zwei Messelektroden (202, 204) zur Wechselwirkung mit wenigstens einer Gegenelektrode (203; 301), wobei die Kapazität eines jeweils eine Messelektrode (202, 204) sowie eine Gegenelektrode (203; 301) umfassenden Messkondensators von einem Abstand (212, 214) eines Objekts (206) von der jeweiligen Messelektrode (202, 204) abhängt, wobei die Ebenen der wenigstens zwei Messelektroden (202, 204) einen vorbestimmten Abstand (216) größer Null aufweisen.Measuring electrode arrangement with at least two measuring electrodes ( 202 . 204 ) for interaction with at least one counterelectrode ( 203 ; 301 ), wherein the capacity of each one measuring electrode ( 202 . 204 ) and a counter electrode ( 203 ; 301 ) comprehensive measuring capacitor from a distance ( 212 . 214 ) of an object ( 206 ) of the respective measuring electrode ( 202 . 204 ), wherein the planes of the at least two measuring electrodes ( 202 . 204 ) a predetermined distance ( 216 ) greater than zero. Messelektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei Messelektroden (202, 204) auf derselben Seite eines Körpers, insbesondere eines Fahrzeugs (301), angeordnet sind.Measuring electrode arrangement according to claim 1, wherein the at least two measuring electrodes ( 202 . 204 ) on the same side of a body, in particular a vehicle ( 301 ) are arranged. Messelektrodenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Messelektroden (202, 204) im Wesentlichen horizontal und/oder vertikal angeordnet sind.Measuring electrode arrangement according to one of the preceding claims, wherein the at least two measuring electrodes ( 202 . 204 ) are arranged substantially horizontally and / or vertically. Messelektrodenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die in oder an einem Fahrzeug (301), insbesondere in Stoß-, Zierleisten und/oder einem Lack, unsichtbar verbaut ist.Measuring electrode arrangement according to one of the preceding claims, in or on a vehicle ( 301 ), in particular in shock, trim and / or a paint, is installed invisible. Vorrichtung zur kapazitiven Messung des Abstandes zwischen einem Objekt und einer Messelektrode, insbesondere zwischen einem Fahrzeug (301) und einem Objekt (206) in der Umgebung des Fahrzeugs (301), umfassend wenigstens eine Messelektrodenanordnung (201) nach einem der vorstehenden Ansprüche sowie wenigstens eine Gegenelektrode (203; 301).Device for the capacitive measurement of the distance between an object and a measuring electrode, in particular between a vehicle ( 301 ) and an object ( 206 ) in the vicinity of the vehicle ( 301 ), comprising at least one measuring electrode arrangement ( 201 ) according to one of the preceding claims and at least one counterelectrode ( 203 ; 301 ). Verfahren zur kapazitiven Messung des Abstandes zwischen einer Messelektrode und einem Objekt, insbesondere zwischen einem Fahrzeug (301) und einem Objekt (206) in der Umgebung des Fahrzeugs (301), das folgende Schritte aufweist: Ermitteln (102) eines von einer ersten Messelektrode (202) bereitgestellten ersten Kapazitätswertes; Ermitteln (104) eines von einer zweiten Messelektrode (204) bereitgestellten zweiten Kapazitätswertes; und Bestimmen (106) eines Abstandswertes (212, 214) basierend auf dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert und einem vorbestimmten Abstand (216) zwischen der ersten Messelektrode (202) und der zweiten Messelektrode (204).Method for the capacitive measurement of the distance between a measuring electrode and an object, in particular between a vehicle ( 301 ) and an object ( 206 ) in the vicinity of the vehicle ( 301 ), which comprises the following steps: 102 ) one of a first measuring electrode ( 202 ) provided first capacity value; Determine ( 104 ) one of a second measuring electrode ( 204 ) provided second capacity value; and determining ( 106 ) of a distance value ( 212 . 214 ) based on the first capacitance value and the second capacitance value and a predetermined distance ( 216 ) between the first measuring electrode ( 202 ) and the second measuring electrode ( 204 ). Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die erste Messelektrode (202) einen ersten Abstand (212) zu dem Objekt (206) und die zweite Messelektrode (204) einen sich von dem ersten Abstand unterscheidenden zweiten Abstand (214) zu dem Objekt (206) aufweist und der vorbestimmte Abstand (216) einer Differenz zwischen dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand entspricht.Method according to Claim 6, in which the first measuring electrode ( 202 ) a first distance ( 212 ) to the object ( 206 ) and the second measuring electrode ( 204 ) has a second distance that differs from the first distance ( 214 ) to the object ( 206 ) and the predetermined distance ( 216 ) corresponds to a difference between the first distance and the second distance. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Abstandswert (212) ohne Berücksichtigung einer relativen Permittivität des sich zwischen Objekt (206) und Messelektroden (202, 204) befindlichen Materials bestimmt wird.Method according to Claim 6 or 7, in which the distance value ( 212 ) without consideration of a relative permittivity of the object ( 206 ) and measuring electrodes ( 202 . 204 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei es sich bei dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert um unabhängig voneinander bereitgestellte Kapazitätswerte handelt.Method according to one of claims 6 to 8, wherein the first capacitance value and the second capacity value around independently provided capacity values. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei es sich bei dem ersten Kapazitätswert und dem zweiten Kapazitätswert, in Bezug auf eine zur Abstandsmessung erforderliche Genauigkeit, um zumindest annähernd gleichzeitig erfasste Kapazitätswerte handelt.Method according to one of claims 6 to 9, wherein the first capacitance value and the second capacitance value, with respect to one for distance measurement required accuracy, at least approximately simultaneously recorded capacity values. Recheneinheit, insbesondere Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 durchzuführen.Arithmetic unit, in particular control unit for a motor vehicle that is set up for a procedure To carry out according to one of claims 6 to 10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um eine Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät, ausgeführt wird.Computer program with program code means to a Method according to one of claims 6 to 10, if the computer program is on a computer or equivalent Arithmetic unit, in particular a control unit executed becomes. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 10 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät, ausgeführt wird.Computer program product with program code means, stored on a computer-readable medium are to complete all steps of a procedure according to one of the claims 6 to 10 to perform when the computer program on a computer or a corresponding computing unit, in particular a control unit, is performed.
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