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Die Erfindung betrifft ein Hindernis-Erkennungssystem, insbesondere für Bordsteinkanten.
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Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug beschrieben. Bei vielen Kraftfahrzeugen wird aus aerodynamischen oder optischen Gründen die vordere Stoßstange sehr weit nach unten gezogen oder es wird ein so genannter Frontspoiler verwendet. Eine derartige Ausbildung hat allerdings den großen Nachteil, dass Hindernisse, die nach oben von der Fahrbahn vorstehen, auch dann zu Beschädigungen führen können, wenn sie nur eine geringe Höhe aufweisen, wie beispielsweise Bordsteinkanten. Das Risiko, dass der Frontspoiler oder die nach unten gezogene Stoßstange beim Einparken beschädigt wird, ist daher relativ groß. Eine derartige Beschädigung hat kostenaufwändige Reparaturen zur Folge.
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Es sind Einpark-Assistenzsysteme bekannt, die Ultraschall-Abstandssensoren verwenden. Bei der Annäherung an ein Hindernis wird dann beispielsweise ein akustisches oder optisches Signal erzeugt, das dem Fahrer des Fahrzeugs die Annäherung an das Hindernis signalisiert. Derartige Abstandssensoren haben allerdings bei kurzen Entfernungen zum Hindernis den Nachteil, dass sie einen relativ engen Schallkegel fokussieren, so dass tote Zonen entstehen, in denen ein Hindernis nicht erkannt wird. Außerdem sind eine relativ aufwändige Installation und eine ebenfalls aufwändige Auswerteelektronik erforderlich. Derartige Abstandssensoren sind in der Regel etwa auf Höhe der Achsen der Räder des Fahrzeugs angeordnet und können daher tiefer liegende Hindernisse, wie Bordsteinkanten, praktisch nicht erfassen. Eine Anordnung an einer tieferen Position scheidet in der Regel aus, weil sich hier eine erhöhte Verschmutzungsgefahr ergibt, auf die Ultraschall-Abstandssensoren sehr empfindlich reagieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahr von Beschädigungen kleinzuhalten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hindernis-Erkennungssystem mit einem Fahrzeugteil eines Fahrzeugs, das eine elektrische Leiteranordnung mit mindestens einem elektrischen Leiter trägt, der mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, die eine Kapazitätsänderung erfasst und ein Signal ausgibt, wenn die Kapazitätsänderung einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
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Der elektrische Leiter bildet, vereinfacht ausgedrückt, eine Elektrode eines Kondensators, dessen andere Elektrode unendlich weit entfernt ist. Wenn sich nun in der Nähe dieser Elektrode die Umgebungsbedingungen ändern, beispielsweise dann, wenn bei der Annäherung des Fahrzeugs an einen Bordstein Luft durch das Material des Bordsteins ersetzt wird, dann ergibt sich eine Änderung der Streukapazität, die sich beispielsweise in einer Änderung der Ladung auf der Elektrode, d.h. auf dem elektrischen Leiter, bemerkbar macht. Eine derartige Kapazitätsänderung ist relativ klein. Sie bewegt sich im Bereich von einigen Picofarad (10–12 Farad). Derartige Kapazitätsänderungen lassen sich dennoch relativ einfach und zuverlässig erfassen, so dass sie eine entsprechend zuverlässige Aussage darüber erlauben, ob sich das Fahrzeug einem Hindernis nähert oder nicht. Die Reichweite des Erkennungssystems ist zwar nicht allzu groß. Sie bewegt sich in der Größenordnung von 10 cm. Dies reicht aber in vielen Fällen für eine Warnung bei einem langsam rollenden Fahrzeug aus.
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Vorzugsweise ist der Fahrzeugteil einer Aufstandsfläche des Fahrzeugs benachbart angeordnet. Die Aufstandsfläche des Fahrzeugs ist die Fläche, auf der das Fahrzeug mit den Rädern aufsteht, also in der Regel die Straße oder der Fahrweg. Wenn das Fahrzeugteil entsprechend tief angeordnet ist, dann ist es besonders geeignet, tiefliegende Hindernisse zu erkennen, beispielsweise Bordsteinkanten.
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Vorzugsweise ist der elektrische Leiter als Flächenleiter oder isolierter Draht ausgebildet. Er kann beispielsweise als Metallfolie ausgebildet sein, die eine Breite von einigen Millimetern, beispielsweise 10 mm, hat. Auf diesem Leiter können dann genügend elektrische Ladungen untergebracht werden, um eine ausreichende Kapazitätsänderung anzeigen zu können.
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Vorzugsweise ist der elektrische Leiter in das Fahrzeugteil eingebettet oder auf das Fahrzeugteil aufgeklebt. Das Einbetten kann bei der Fertigung eines Fahrzeugteils aus Kunststoff bei der Herstellung des Fahrzeugteils erfolgen. Sollte dies nicht möglich sein oder diese Herstellung Kostennachteile zeigen, kann man den elektrischen Leiter auch auf das Fahrzeugteil aufkleben, vorzugsweise in isolierter Form, beispielsweise bei einem Frontspoiler oder bei der vorderen Stoßstange von innen oder hinten.
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Vorzugsweise weist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der Auswerteeinrichtung eine Länge von maximal 5 cm auf. Da diese elektrisch leitende Verbindung auch einen Teil der aktiven Messelektrode bildet, ist es von Vorteil, wenn dieser Teil relativ kurz ist. Man kann die Auswerteeinrichtung auch direkt mit dem elektrischen Leiter verbinden, beispielsweise durch Aufstecken.
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Hierbei ist bevorzugt, dass die elektrisch leitende Verbindung einadrig ausgebildet ist. Dies hält den Aufwand bei der Herstellung und Montage klein.
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Vorzugsweise arbeitet die Auswerteeinrichtung nach dem Charge-Transfer-Verfahren. Dieses Verfahren kommt vielfach bei berührungsempfindlichen Sensoren zum Einsatz. Hierfür gibt es handelsüblich erhältliche integrierte Schaltkreise mit allen hierfür notwendigen Funktionen. Ein derartiger integrierter Schaltkreis lässt sich in einer relativ kleinen Baueinheit unterbringen, deren Größe beispielsweise 1 × 1 × 2 cm nicht übersteigt und die somit direkt an der Stoßstange oder am Frontspoiler montiert werden kann, ohne dass sie sich dort störend bemerkbar macht. Die Auswerteeinrichtung selbst kann dann über eine drei- oder mehradrige Leitung mit anderen Komponenten des Fahrzeugs verbunden sein. Zwei Adern dienen zur Energieversorgung, die andere oder die anderen Adern können verwendet werden, um Signale zu übertragen.
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Vorzugsweise weist die Auswerteeinrichtung eine Selbstkalibriereinrichtung auf. Die Selbstkalibrierung kann beispielsweise bei jedem Einschalten des Erkennungssystems durchgeführt werden, so dass etwaige Verschmutzungen oder Benetzungen des Fahrzeugteils ohne Einfluss auf die Kapazitätsänderung bleibt.
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Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung mit einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung verbunden. Damit lässt sich realisieren, dass die Erkennung eines Hindernisses erst bei einer Geschwindigkeit von beispielsweise maximal 10 km/h erfolgt. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen wird vermieden, dass Signale ausgegeben werden, solange das Fahrzeug mit einer höheren Geschwindigkeit fährt. Derartige Signale könnten den Fahrer irritieren. Zum anderen kann man jedes Mal dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 10 km/h absinkt, eine Kalibrierung durchführen, so dass man stets ein System zur Verfügung hat, das für die Erkennung von Hindernissen bereit ist.
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Vorzugsweise weist die Leiteranordnung mehrere senkrecht zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs nebeneinander angeordnete elektrische Leiter auf, von denen jeder mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist. Damit wird das Erkennungssystem in drei oder mehr Einzelsegmente aufgeteilt, beispielsweise Rechts-Mitte-Links. Damit lässt sich eine Hindernis-Erkennung auch räumlich durchführen. Somit kann die Position des Hindernisses dem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt werden. Diese Leiter-Auswerteeinrichtungs-Module können miteinander synchronisiert werden, um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs und
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2 eine schematische Darstellung eines Hindernis-Erkennungssystems.
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1 zeigt in stark schematisierter Form ein Fahrzeug 1 in Gestalt eines Personenkraftwagens. Das Fahrzeug 1 steht mit Rädern 2, 3 auf einer Aufstandsfläche 4 auf, beispielsweise auf einer Straße oder einem Parkplatz. Das Fahrzeug 1 weist an seinem vorderen Ende eine Stoßstange 5 auf. Ferner weist das Fahrzeug 1 ein tiefliegendes, also der Aufstandsfläche 4 benachbartes Fahrzeugteil 6 auf, das im vorliegenden Fall als Frontspoiler ausgebildet ist.
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In der dargestellten Position nähert sich das Fahrzeug 1 einem Bordstein 7. Der Fahrer des Fahrzeugs kann von seinem Sitz aus nicht erkennen, wie weit das Fahrzeugteil 6 vom Bordstein 7 entfernt ist. Gleichwohl ist er vielfach gezwungen, sich dem Bordstein 7 soweit wie möglich anzunähern, um Parkraum zu sparen.
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Um dem Fahrer die Annäherung an den Bordstein 7 zu erleichtern, ist das Fahrzeug mit einem Hindernis-Erkennungssystem versehen, das einen elektrischen Leiter 8 aufweist, der an der Rückseite oder Innenseite des Fahrzeugteils 6 befestigt ist. Der elektrische Leiter 8 ist beispielsweise als isolierter Draht oder als isolierte Metallfolie ausgebildet, die auf das Fahrzeugteil 6 aufgeklebt ist. Wenn das Fahrzeugteil 6 aus einem Kunststoff gebildet ist, beispielsweise durch Spritzgießen, dann kann man den elektrischen Leiter 8 auch in das Fahrzeugteil 6 einbetten. Die Metallfolie kann beispielsweise eine Breite von 10 mm haben. Sie kann sich durchgehend über die gesamte Breite des Fahrzeugs, also die Länge des Fahrzeugteils 6, erstrecken. Sie kann in der Richtung der Breite aber auch in drei oder mehr Abschnitte aufgeteilt sein, was weiter unten näher erläutert wird.
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2 zeigt in schematischer Darstellung weitere Teile des Hindernis-Erkennungssystems. Der elektrische Leiter 8 ist über eine einadrige elektrische Verbindung 9 mit einer Auswerteeinrichtung 10 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 10 kann auch direkt auf den Leiter 8 aufgesteckt werden. Die elektrische Verbindung 9 sollte möglichst kurz sein, da sie bei der späteren Funktion des Hindernis-Erkennungssystems elektrisch einen Teil des elektrischen Leiters 8 bildet. Dementsprechend sollte die elektrische Verbindung eine Länge von 3 bis 5 cm nicht übersteigen. Allerdings ist eine einadrige Ausbildung durchaus ausreichend.
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Der elektrische Leiter 8 bildet, vereinfacht ausgedrückt, einen Teil eines Kondensators mit einer Streukapazität 11. Die Auswerteeinrichtung 10 ist in der Lage, Kapazitätsänderungen des Kondensators zu erfassen. Diese Kapazitätsänderungen sind sehr klein und bewegen sich im Bereich von einigen Picofarad (10–12 Farad). Derart kleine Kapazitätsänderungen lassen sich zuverlässig und störungsfrei mit dem so genannten Charge-Transfer-Verfahren erfassen, wie es beispielsweise bei berührungsempfindlichen Sensoren zum Einsatz kommt. Die Auswerteeinrichtung 10 arbeitet also nach dem Charge-Transfer-Verfahren. Sie kann dazu beispielsweise einen oder mehrere integrierte Schaltkreise mit allen notwendigen Funktionen enthalten, die relativ preisgünstig angeboten werden.
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Die Auswerteeinrichtung 10 kann relativ klein sein und in einem vergossenen Modul Platz finden, das eine Größe von nicht mehr als 1 × 1 × 2 cm aufweist. Somit kann dieses Modul direkt an der Innenseite des Fahrzeugteils 6, beispielsweise an der Rückseite eines Spoilers, angebracht sein.
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Die Auswerteeinrichtung erzeugt ein Signal, wenn eine Kapazitätsänderung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Auswerteeinrichtung 10 ist mit einem Signalgeber 12 verbunden, der beispielsweise ein akustisches oder optisches Signal erzeugen kann. Die Verbindung zwischen der Auswerteeinrichtung 10 und dem Signalgeber 12 kann mehradrig ausgebildet sein. Hier ist eine dreiadrige Verbindung 13 dargestellt, bei der eine Ader für die Signalübertragung und zwei Adern für die Übertragung einer elektrischen Energie vorgesehen sind.
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Wenn sich das Fahrzeug 1 mit seinem Fahrzeugteil 6 dem Bordstein 7 nähert, dann ändert sich die Größe der Streukapazität 11, was durch die Auswerteeinrichtung 10 erfasst werden kann. Diese Änderung ergibt sich zwar erst dann, wenn das Fahrzeugteil 6 sich dem Bordstein 7 bis auf eine Entfernung von etwa 7 bis 10 cm angenähert hat. Diese Entfernung reicht aber aus, um bei einem langsam fahrenden Fahrzeug den Fahrer vor einer Berührung des Fahrzeugteils 6 mit dem Bordstein 7 zu warnen.
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Die Auswerteeinrichtung 10 kann über die Verbindung 13 oder auf andere Weise eine Information über die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhalten. Dies kann man beispielsweise dazu verwenden, die Auswerteeinrichtung 10 nur dann in Betrieb zu nehmen oder einzuschalten, wenn das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von 10 km/h oder weniger hat.
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Ferner ist die Auswerteeinrichtung 10 mit einer Selbstkalibrierungsfunktion versehen. Bei jedem Einschalten oder bei jeder Inbetriebnahme des Systems wird das System mit dem elektrischen Leiter 8 und der Auswerteeinrichtung 10 kalibriert, so dass etwaige Verschmutzungen oder Benetzungen des Fahrzeugteils 6 ohne Einfluss auf die Messung der Kapazitätsänderung bleiben. Da lediglich die Änderung der Kapazität ermittelt wird, ist die absolute Kapazität von untergeordnetem Interesse.
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Wie oben ausgeführt, kann der elektrische Leiter 8 in Breitenrichtung des Fahrzeugs auch in mehrere Abschnitte unterteilt sein, beispielsweise einen mittleren, einen linken und einen rechten Abschnitt. Jeder Abschnitt ist dann mit einer eigenen Auswerteeinrichtung 10 versehen und kann eine Annäherung an ein Hindernis, beispielsweise die Bordsteinkante 7, für diesen Abschnitt anzeigen. Damit wird eine bessere Zuordnung des Alarmsignals für den Fahrer des Fahrzeugs 1 möglich. Die Auswerteeinrichtungen 10 können miteinander synchronisiert werden, beispielsweise über eine getrennte Leitung, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden.
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Selbstverständlich kann ein derartiger Leiter an einem tiefliegenden Fahrzeugelement auch an der Rückseite des Fahrzeugs angeordnet sein.
