ES2209925T3 - Sensor capacitivo. - Google Patents
Sensor capacitivo.Info
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- H03K2017/9602—Touch switches characterised by the type or shape of the sensing electrodes
Abstract
Sensor de proximidad (1) para un vehículo comprendiendo: - una placa de guarda (3) más interna; - una placa de sensor (2) más externa generalmente alargada; y - medios de cálculo para proporcionar información de proximidad basada en la capacidad entre la placa del sensor y la masa eléctrica, caracterizado por que la forma de la placa del sensor varía a lo largo de su longitud para proporcionar tramos de sensibilidad aumentada.
Description
Sensor capacitivo.
La presente invención se refiere a un sensor
capacitivo para ser incorporado particularmente en un vehículo para
detectar la proximidad del vehículo a otros objetos, p. ej., para
constituir una ayuda cuando se maniobra dicho vehículo.
En los últimos años, a muchos coches de lujo se
les ha dotado con sensores, particularmente en la parte trasera del
vehículo, para advertir al conductor de la presencia de objetos. De
esta manera, cuando el vehículo da marcha atrás, puede evitarse una
colisión con objetos que no se ven o que están ocultos, pudiendo al
mismo tiempo posicionar el vehículo muy cerca de dichos objetos,
p. ej., paredes, bolardos etc.
Sin embargo, dichos sensores son complicados y
caros y consecuentemente tienden a no ser viables comercialmente
para los coches de bajo coste. Además, estos sistemas requieren
normalmente que los sensores invisibles se monten en el parachoques
del coche.
El documento US.5.394.292 describe un sensor de
proximidad según el preámbulo de la reivindicación 1.
Por consiguiente, según la presente invención
se proporciona un sensor de proximidad para un vehículo
comprendiendo: una placa de guarda en la parte más interna; una
placa de sensor en la parte más externa, generalmente alargada; un
medio de cálculo para proporcionar información de proximidad basada
en la capacidad entre la placa del sensor y la masa eléctrica del
vehículo, en el que la forma de la placa del sensor varía a lo
largo de su longitud para proporcionar tramos de sensibilidad
aumentada.
En una realización preferida, las placas se
montan en un parachoques del vehículo. Esto permite que las placas
se monten en la proximidad inmediata para proporcionar una señal
fuerte de salida. Para evitar que resulten dañadas, las dos placas
se montan preferentemente en el interior del parachoques, estando
separadas por un aislador. La placa de guarda se utiliza para
apantallar la placa del sensor para asegurar que sólo detecte
cambios en la dirección hacia fuera, es decir, alejándose del
vehículo. Preferentemente, las placas se prolongan sustancialmente
a lo largo de toda la longitud del parachoques incluyendo las
partes del mismo que rodean las esquinas del vehículo. Las placas de
sensor y de guarda están constituidas preferentemente por bandas
alargadas que se extienden a lo largo de la longitud del
parachoques. Además, la placa de guarda es preferentemente más ancha
que la placa de detección, de forma ideal, de tres a cuatro veces
más ancha.
A causa de la forma variable del perfil de la
parte trasera del vehículo, la placa de guarda y/o la placa del
sensor son preferentemente de forma no uniforme. En particular, la
placa del sensor aumenta preferentemente su anchura hacia los
extremos. Esto proporciona una sensibilidad aumentada en los
ángulos del vehículo. Con una banda uniforme, la sensibilidad
podría reducirse en los ángulos puesto que la obstrucción sólo puede
acoplar capacitivamente con un lado del sensor, con lo cual un
objeto que se encuentre directamente detrás del centro del vehículo
se acoplará capacitivamente con ambos lados del sensor. Mientras
que la forma de la placa del sensor se adapta idealmente a la forma
del vehículo para cada aplicación, la placa detectora puede tener
una forma genérica más simple para proporcionar una sensibilidad
mejorada en todos los vehículos. Por ejemplo, la placa sensora
puede comprender una porción central que tenga una anchura uniforme
con dos porciones extremas o restos de anchura mayor en cada
extremo. Alternativamente, la placa sensora puede tener una porción
central de anchura uniforme con dos porciones extremas que tienen
anchuras que aumentan progresivamente.
Pueden montarse otros objetos en el parachoques
de un vehículo, que pueden ser de metal o tener un componente
metálico. En este caso, mientras esto tiene un efecto
sustancialmente constante sobre la capacidad, puede reducir la
sensibilidad del sensor ante objetos que se hallen inmediatamente
fuera del parachoques. Por ejemplo, muchos vehículos tienen una
placa de matrícula montada en el parachoques. Suelen ser de metal o
incorporan una película metálica para hacerlas reflectantes y ello
puede reducir la sensibilidad del sensor ante objetos situados
inmediatamente más allá de la placa de matrícula. Esto puede
proporcionar un perfil de alcance pobre. Por ejemplo, cuando el
coche se aproxima a un poste clavado verticalmente en el suelo, el
alcance de sensibilidad será típicamente menor si el punto más
cercano al coche es la placa de matrícula. Este problema puede
subsanarse haciendo que el sensor sea más ancho (p.ej., que tenga
una mayor área) inmediatamente detrás de la placa de matrícula u
otro objeto obstructor. El metal de la placa de matrícula se acopla
capacitivamente al sensor y actúa como un sensor propiamente
dicho.
Los sensores de la presente invención están
concebidos principalmente para ser montados en la parte trasera de
un vehículo para ayudar al conductor cuando el vehículo circula
marcha atrás. Sin embargo, los sensores también son adecuados para
montaje frontal o incluso lateral, p.ej., para evitar colisiones
con objetos situados a un nivel bajo que están ocultos a la visión
por debajo de la capota. Adicionalmente, cuando un vehículo está
maniobrando, sea hacia delante o hacia atrás, hay peligro de que
los laterales puedan impactar contra un objeto si el vehículo está
girando al mismo tiempo. P.ej., si un vehículo está circulando
marcha atrás y girando, p.ej., en una plaza de parking, el
conductor generalmente estará mirando hacia la parte trasera del
vehículo y su atención puede ser que esté dirigida a la parte
frontal del vehículo, la cual puede girar y colisionar con una
obstrucción. Un sensor montado en el frente o en el lateral podría
instalarse para detectar tales objetos situados cerca de los
laterales, particularmente delante de las ruedas frontales. Dicho
servicio puede proporcionarlo un sensor individual en el frente y
en los laterales del vehículo, o dos o más sensores separados
conectados a un circuito sensor individual o con sus propios
circuitos sensores individuales. Cuando se utiliza un circuito
sensor individual, el circuito puede disponerse de tal manera que
los dos sensores actúen simplemente como un sensor individual
formado por dos partes o, alternativamente, el circuito puede
utilizar un multiplexor para monitorizar separadamente los dos
sensores secuencialmente. De forma similar, los sensores en las
partes frontal y trasera pueden combinarse y utilizar un único
sensor para detectar todas las placas de sensor del coche.
Materiales diferentes tienen efectos diferentes
sobre la señal de salida de un sensor capacitivo. P.ej., personas,
hormigón, madera, metal, piedra y plantas, proporcionan una fuerte
señal de respuesta del sensor, mientras que otros objetos pueden
proporcionar respuestas más débiles, especialmente objetos
aislantes de poca masa, tales como plásticos. Esto puede resultar
problemático con vistas a la probabilidad de encontrar objetos de
plástico tales como conos, cuando se está maniobrando un vehículo.
Sin embargo, mientras que objetos de materiales diferentes
proporcionan señales de salida diferentes, la relación entre la
señal de salida procedente del sensor y la distancia entre el sensor
y un objeto sigue una fórmula similar (la señal de salida del
sensor aumenta exponencialmente la distancia entre el sensor y el
objeto) para cualquier objeto. Monitorizando la velocidad del
vehículo se puede calcular la velocidad de cambio de la señal de
salida del sensor con la distancia respecto al objeto. Así pues, es
posible obtener una indicación de la distancia detectada hasta el
objeto, que es independiente de la magnitud de la señal de salida
del sensor y, por lo tanto, la utiliza para proporcionar una
indicación más precisa de la distancia entre el objeto y el sensor
independientemente de cual sea el material del objeto que está
siendo detectado.
Por consiguiente, según el segundo aspecto de la
presente invención, se proporciona un sensor de proximidad que
incluye los medios para determinar la velocidad del vehículo y en
el que los medios de cálculo se adaptan para utilizar esta
información del vehículo junto con la velocidad de cambio de la
señal de salida para proporcionar una información de proximidad más
precisa.
Si bien el sensor es sensible a la presencia de
la superficie sobre la cual está viajando el vehículo, puesto que
ello tiene normalmente un efecto constante, su efecto sobre la
determinación de la distancia hasta otros objetos puede anularse.
Sin embargo, cuando el vehículo está viajando sobre un terreno que
presenta irregularidades, entonces la variación de la altura del
sensor por encima del suelo dará claramente apariencia al sensor
de que el suelo se está moviendo alejándose y acercándose a él.
Además, puesto que la mayoría de vehículos están soportados sobre
una suspensión con muelles, cuando el vehículo acelera y
desacelera, el vehículo se inclina basculando hacia delante y hacia
atrás causando que las partes frontal y trasera del vehículo suban
o bajen en relación con el suelo. Ello puede ocasionar el efecto de
que en el sensor parezca que el suelo se está moviendo alejándose o
acercándose a él. Este basculamiento de vehículo puede originar
que el sensor proporcione una información incorrecta o variable
acerca de la distancia hasta un objeto. Un efecto similar puede
ocurrir cuando el vehículo viaja sobre objetos tales como canales
metálicos de desagüe o tapas de alcantarilla que tienen una buena
conductividad a tierra. Estos efectos pueden minimizarse
reduciendo la sensibilidad del sensor. Sin embargo, ello significa
que el alcance efectivo al cual un objeto puede detectarse, también
se ve reducido.
Por consiguiente, según un tercer aspecto de la
presente invención, al sensor de proximidad se le dota de un
segundo sensor para que proporcione información sobre la distancia
libre con respecto al suelo. Esta información puede utilizarse para
corregir la señal de salida del sensor principal permitiendo que la
sensibilidad del sensor se mantenga.
Mientras que el segundo sensor es preferentemente
un sensor capacitivo dispuesto en una configuración encarada hacia
abajo, esto no es esencial y en cualquier tipo de sensor que sea
capaz de proporcionar información sobre la altura del sensor
principal sobre el suelo, es adecuado. Los sensores capacitivos son
particularmente preferibles para detectar la presencia de objetos
tales como tapas de alcantarilla, que, básicamente, están a ras del
suelo pero que probablemente influyen sobre el sensor capacitivo
principal como si hubiera un cambio de altura.
Además de lo indicado anteriormente, cuando el
vehículo se está moviendo hacia una pendiente, el sensor principal
que es sensible a la altura de la carretera a una distancia alejada
del vehículo, puede verse afectado por una pendiente que se aproxima
antes de que el sensor de altura libre con respecto al suelo, que
todavía no está sobre la rampa de la pendiente, haya detectado
ningún cambio de altura. Por consiguiente, es preferible orientar el
segundo sensor de tal manera que en lugar de encararse directamente
hacia abajo, se disponga de tal manera que apunte o detecte la
altura, ligeramente hacia fuera del vehículo para proporcionar
antes una indicación de un cambio en la pendiente del suelo sobre el
cual el vehículo está viajando, de manera que se corresponda con
más precisión con la distancia de detección del sensor
principal.
Según un cuarto aspecto de la presente invención,
la sensibilidad del sensor a la altura del sensor por encima del
suelo, también puede reducirse modificando la forma del sensor
para proporcionar una placa de pantalla adicional la cual se
posiciona debajo de la placa del sensor para reducir la
sensibilidad de la placa del sensor al suelo que hay debajo. Esta
placa de pantalla puede conectarse a la placa de guarda o incluso a
una prolongación de la misma.
La placa de pantalla puede estar provista de una
pequeña sección de un objeto conductor situado debajo del sensor
para reducir la sensibilidad del sensor directamente hacia abajo.
Sin embargo, la placa de pantalla puede prolongarse una cierta
distancia incluso alrededor por encima del sensor para apantallar
con mayor eficacia el sensor contra la detección en zonas no
deseables. La placa de pantalla puede conectarse a la placa de
guarda o a la masa. Esto puede hacerse o con un contacto óhmico,
es decir con una conexión física, o capacitivamente, p.ej.,
poniéndose la placa de pantalla en un lado de un parachoques y es
preferible proporcionar la conexión a la placa de guarda desde el
otro lado del parachoques.
La sensibilidad del sensor a los efectos del
suelo puede modificarse también cambiando la forma de la placa del
sensor de manera que la parte inferior del sensor esté más hacia
afuera del vehículo que la parte superior.
Como se ha indicado anteriormente, las placas
pueden estar formadas simplemente colocando bandas eléctricamente
conductoras de un lado al otro de la parte trasera (o frontal o
lateral) de un vehículo. Sin embargo, como característica
tradicional, cada vez es más común que al pintar los parachoques
del vehículo se utilice pintura eléctricamente conductora para, por
lo menos, algunas de las capas (p.ej., la de imprimación). Ello
permite que una carga eléctrica se ponga en el parachoques para
atraer la pintura electroestáticamente hacia el parachoques. Esto
permite ahorrar pintura y proporciona una capa mejorada,
especialmente en las esquinas. Esta conductividad de la pintura
puede utilizarse en la presente invención para proporcionar una o
más placas del sensor. En una realización preferente, las placas
del sensor y de guarda aún se montarían detrás del parachoques pero
la superficie de pintura conductora de un parachoques se acopla
capacitivamente al sensor. Preferentemente, una sección de la
superficie del parachoques se deja de manera que no sea conductora,
o no pintándola en absoluto o pintándola con pintura no conductora.
De esta manera, se proporciona una "ventana" a través de la
cual la placa del sensor puede "ver". Así pues, la superficie
de pintura conductora del parachoques se puede utilizar como placa
de pantalla en la cual, cuando se conecta la placa de guarda o la
masa, apantalla el sensor para que no detecte la superficie de
debajo del vehículo evitando así los efectos de las variaciones de
altura y material de la superficie sobre la cual el vehículo está
circulando.
Los parachoques más modernos llevan una envoltura
exterior de plástico duro con un interior relleno, por lo menos
parcialmente, con material de relleno para absorber la energía de
cualquier impacto, p.ej., material de espuma de alta densidad como
la espuma de polipropileno. Se pretende que estos parachoques
soporten colisiones a baja velocidad para no sufrir daño permanente
visible desde fuera. Sin embargo, incluso los impactos a baja
velocidad pueden dañar las bandas del sensor si están colocadas
entre la envoltura del parachoques y el material de espuma. Por
consiguiente, puede ser preferible montar las bandas del sensor
dentro o detrás del relleno de espuma para minimizar el efecto de
cualquier impacto y reducir los daños a las bandas del sensor.
Ahora se describirá una forma de realización
específica de la presente invención tomando como referencia los
dibujos adjuntos en los cuales:
La figura 1 representa el alcance de sensibilidad
de un sensor que tiene placas de sensor y de guarda uniformes;
la figura 2 muestra el alcance de un perfil de
sensor ideal;
la figura 3 a muestra un sensor que tiene placas
de sensor de anchura uniforme respectivamente;
las figuras 3b a 3f muestran ejemplos de sensores
que tienen placas de sensor no uniformes;
la figura 4 muestra un gráfico de la señal de
salida del sensor en función de la distancia hasta un punto de
referencia;
la figura 5 muestra una vista esquemática de un
vehículo provisto de un sensor secundario;
la figura 6 muestra un sensor modificado que
incluye una placa de pantalla;
las figuras 7A y 7B muestran dos disposiciones
alternativas de la construcción que se ilustra en la figura 6;
la figura 8A ilustra una sección transversal de
un parachoques de vehículo convencional;
la figura 8B ilustra una sección transversal de
un parachoques de vehículo como el de la figura 8A con un sensor
según la presente invención incluido en el mismo;
las figuras 9A y 9B ilustra secciones
transversales de un parachoques de vehículo con dos formas de
sección transversal de sensor alternativas;
la figura 10 ilustra una construcción en la que
se utiliza un recubrimiento conductor; y
la figura 11 muestra una modificación adicional
de la presente invención.
Según una primera realización de la invención,
un sensor 1 consiste en dos bandas de metal u otro material
conductor, aisladas entre sí y colocadas en el interior del
parachoques 6 de un vehículo 10. Las dos bandas de metal forman la
placa de guarda 3 y la placa de sensor 2 del sensor. La placa más
externa en relación con el vehículo se denomina placa del sensor y
la placa más interna, es decir, más cercana al propio vehículo, se
denomina placa de guarda. Las figuras 3a, 3b y 3c representan
ejemplos de la disposición física de las placas de guarda y de
sensor en relación entre ellas. Si bien las placas del sensor en las
figuras 3a, 3b y 3c se representan planas, en la práctica los
sensores laminados se colocarían en el perfil del interior del
parachoques 6 (que puede no ser plano) del vehículo al cual se
acoplados.
La placa del sensor 2 tendría típicamente unos 25
mm de ancho, mientras que la placa de guarda 3 es típicamente tres
o cuatro veces más ancha que la placa del sensor, como se muestra
en la figura 3a. Cuando la placa del sensor tiene una anchura no
uniforme, las anchuras relativas de la placa de guarda y la placa
del sensor varían a lo largo de sus longitudes siendo la placa del
sensor relativamente más ancha en los extremos que en el centro.
En la práctica, las placas de guarda del sensor
se conectan a una unidad de control (no representada). La unidad de
control proporciona señales de alta frecuencia a las placas de
guarda y sensora. Los objetos que haya en la proximidad de un
vehículo presentan una capacidad con respecto a tierra. De hecho,
esta capacidad se forma mediante dos capacidades en serie, a saber,
una capacidad entre la placa del sensor y el objeto en serie con
una capacidad entre el objeto y tierra. La unidad de control mide
esta capacidad entre la placa del sensor y tierra. La unidad puede
activarse automáticamente al poner la marcha atrás (para un
sistema montado en la parte trasera), manualmente o de cualquier
otra manera. Cuando la unidad se activa, se realiza una medición de
capacidad inicial. A medida que la distancia entre el vehículo y
un objeto cambia, la capacidad cambia. La capacidad medida indica
la distancia entre objetos que están muy cerca del vehículo y la
placa del sensor y por lo tanto, de la parte trasera del vehículo.
La unidad de control detecta el cambio de capacidad y lo utiliza
para proporcionar al conductor del vehículo una indicación de la
distancia con el objeto. Esta indicación puede proporcionarse de
muchas maneras distintas. Por ejemplo la unidad de control puede
disponerse de forma que proporcione diferentes tonos dependiendo de
la distancia hasta un punto de referencia. Un tono intermitente
podría configurarse cuando el objeto está, por ejemplo, 80 cm
alejado; luego, a medida que el punto de referencia se acerca a
aprox. 50 cm, el tono podría pasar a ser más rápido y, finalmente, a
una distancia cercana de aprox. 30 cm, el tono podría cambiar a un
tono continuo para avisar al conductor que pare de circular marcha
atrás.
La figura 1 muestra un ejemplo de los alcances
relativos de tres zonas de sensibilidad: una zona de aproximación;
una zona cercana y una zona de parada. En la figura 1, la placa
sensora y la placa de guarda tienen anchuras uniformes tal como se
representa en la figura 3a. En la figura 1 se ve claramente que, a
medida que el vehículo se mueve hacia un objeto, la posición
respectiva del objeto de un lado al otro de la anchura del vehículo
afectaría la distancia desde el vehículo en el cual se detecta. Por
ejemplo, si el vehículo está circulando marcha atrás hacia un
bolardo situado a lo largo del eje central del vehículo, el bolardo
se detectará antes que si el bolardo estuviera situado en el
extremo izquierdo o derecho del vehículo. Ello es aplicable en las
tres zonas de detección.
La figura 2 muestra un perfil ideal para las
áreas de detección. Un sensor que tiene este perfil detectaría
objetos a distancias dadas independientemente de su posición
relativa en la anchura del coche. El sensor de la presente
invención pretende conseguir dicho perfil ideal aumentando la
sensibilidad de los extremos del sensor y/o reduciendo la
sensibilidad en el centro del sensor. En la presente invención esto
se consigue variando la forma de la placa del sensor. Más que
utilizar una placa de sensor con anchura uniforme, se utiliza una
placa de sensor que sea más ancha en los extremos que en el
centro.
Para aproximar el perfil del sensor tan cerca
como sea posible al perfil ideal representado en la figura 2, la
anchura de la placa del sensor debería variarse para corresponderse
con la forma y la orientación del parachoques del vehículo. Sin
embargo, ello requeriría hacer sensores separados para cada forma
diferente de vehículo y de parachoques de vehículo. Sin embargo,
en el perfil del sensor pueden llevarse a cabo mejoras
considerables poniendo una placa de sensor que tenga una porción
central con una anchura sustancialmente uniforme a lo largo de la
parte central del parachoques con los extremos de la placa del
sensor teniendo una mayor anchura para proporcionar una mejor
sensibilidad en los extremos del parachoques correspondientes a las
esquinas del vehículo.
La placa del sensor puede tener un perfil como el
que se representa en la figura 3b teniendo secciones 5 en las que
la anchura aumenta progresivamente hacia el extremo del parachoques
o alternativamente, la placa del sensor puede tener una porción
central de anchura uniforme y dos porciones extremas de mayor
anchura, tal como se representa en la figura 3c. Aquí, secciones
pequeñas 4 o extremos cortos de mayor anchura se añaden a los
extremos de la placa del sensor. La figura 3d muestra una versión
modificada de la placa del sensor que se ilustra en la figura 3c.
Esta disposición tiene una porción de mayor anchura situada
ligeramente hacia el interior partiendo de los extremos de la placa
del sensor, dejando una sección estrecha 4b en el extremo de la
placa del sensor. Esta forma proporciona sensibilidad mejorada
alrededor de la esquina del vehículo, y la respuesta uniforme a las
obstrucciones que haya detrás/delante del vehículo mientras que
rechaza las obstrucciones de cada lado del vehículo que no estarían
en el camino cuando el vehículo se mueve hacia delante o hacia
atrás. Por ejemplo, cuando un coche está circulando marcha atrás en
un espacio situado entre otros dos coches, como sucede en una plaza
de aparcamiento, es un inconveniente que el sensor actúe a causa de
los coches aparados en uno u otro lado. Así pues, las
disposiciones que se representan en las figuras 3d y 3e
proporcionan una sensibilidad mejorada en las esquinas del vehículo
sin proporcionar una sensibilidad innecesaria ante objetos
situados en los laterales del vehículo que no obstruirán el paso
del vehículo. La porción con anchura aumentada cerca, pero
ligeramente dentro, partiendo de los extremos proporciona una mayor
sensibilidad en las esquinas.
Muchos parachoques llevan elementos incorporados
tales como placas de matrícula, embellecedores, luces, etc., que, si
son metálicos, pueden afectar la sensibilidad del sensor alrededor
de una parte localizada del parachoques. Las placas de matrícula
son generalmente metálicas o incluyen capas reflectantes metálicas
para mejorar la visibilidad de la placa cuando hay poca luz. Sin
embargo, la presencia de material metálico puede reducir la
sensibilidad del sensor y afectar a la uniformidad del alcance de
detección del sensor inmediatamente fuera de la placa de matrícula.
Sin embargo, este problema puede subsanarse agrandando la anchura
de la placa del sensor en la zona 45 detrás de la placa de matrícula
46. El metal en la placa de matrícula se acopla capacitativamente
con el sensor y actúa como una parte del propio sensor. La
disposición representada en la figura 3f ilustra un ejemplo de una
placa de sensor modificada.
La placa del sensor y la placa de guarda se
colocan en la superficie interna del borde exterior del
parachoques, de forma que las placas se protegen contra daños pero
aún están tan cerca como sea posible de la parte trasera del
vehículo. Sin embargo, las placas pueden formarse dentro del
parachoques. Para proteger la placa del sensor y la placa de guarda,
estas pueden colocarse dentro o detrás de la espuma o del material
similar de relleno 15 del parachoques. Las figuras 9A y 9B
representan ejemplos de construcciones en las que las placas del
sensor y la placa de guarda se guardan dentro del material de
relleno.
Un sensor capacitivo según la presente invención
detectará cualquier objeto que posea suficiente masa, especialmente
objetos que incluso sean ligeramente conductores. Así pues,
objetos tales como hormigón, madera, metal, piedra y materiales
orgánicos como personas, animales, plantas o árboles, se detectan
sin dificultad. Sin embargo, los objetos que tienen poca masa y que
son aislantes, tales como plásticos, como los conos, proporcionan
una respuesta pobre.
La figura 4 muestra un gráfico que proporciona
una indicación del tipo de salida que proporciona el sensor para un
objeto que está alejado a una distancia dada. La figura 4, en
particular, representa la respuesta debida a un polo metálico de 2,5
cm de diámetro a varias distancias del sensor. En la figura 4 se
ve claramente que la respuesta proporcionada por el sensor tiene
forma exponencial. Mientras que la sensibilidad y amplitud de la
señal de salida varía de un objeto a otro, la forma fundamental de
la curva de respuesta es sustancialmente la misma para todos los
objetos.
En una muestra en marcha práctica, a medida que
la señal de salida de tensión del sensor aumenta por encima de
valores umbrales preestablecidos, el conductor del vehículo recibe
diferentes tipos de avisos, por ejemplo, alcances de 80, 50 y 30 cm.
Sin embargo, los objetos de poca masa o aislantes hacen que el
sensor entregue una señal de salida mucho más baja y el aviso que
normalmente se activaría a 80 cm para la mayoría de otros objetos
conductores, puede que no se dé hasta que el objeto está a una
distancia de 40 cm. Esto proporciona claramente un margen muy
estrecho desde que el sensor se mueve desde indicar la distancia
máxima hasta la distancia mínima que se reduce correspondientemente.
Además, esto proporciona una indicación inconsistente de la
distancia hasta un objeto. Resulta un inconveniente si el
conductor se acostumbra a que el primer aviso se proporcione a una
distancia de 80 cm y que de repente se encuentre con que este aviso
sólo llega cuando se está a una distancia de 40 cm, lo cual puede
originar que el conductor no detenga el vehículo con la suficiente
rapidez.
Como que la forma general de la curva de
respuesta del sensor es conocida y monitorizando el cambio que la
señal de salida del sensor, a medida que el vehículo se mueve hacia
un objeto, es posible determinar, partiendo de la velocidad de
cambio de la señal de salida del sensor y de la velocidad del
vehículo, en qué punto de la curva está la señal de salida del
sensor y si el objeto es de un material que proporcionaría una señal
de salida fuerte o un material que proporcionaría una señal de
salida débil. Esto puede hacerse simplemente monitorizando la señal
de salida del sensor y examinando la magnitud de la señal de salida
y la velocidad de cambio de la señal de salida y si la salida, si
bien débil, está aumentando rápidamente con la distancia, el sensor
puede determinar que el objeto está mucho más cerca del vehículo
que un objeto "típico". Entonces el sensor puede activar la
alerta apropiada al alcance de distancia del objeto desde el
vehículo. Esto puede ser simplemente proporcionar un aviso de
alcance medio en lugar de un aviso de alcance lejano o recalibrar
activamente la salida del sensor en respuesta a las propiedades del
objeto detectado para proporcionar una señal de salida precisa de
la distancia hasta el objeto.
Cuando un vehículo está circulando sobre un suelo
con irregularidades, la altura del sensor sobre el suelo variará.
De forma similar, mientras el vehículo está maniobrando, el cambio
en la velocidad causada por el frenado o la aceleración, tiene
tendencia a causar que el vehículo bascule hacia delante o hacia
atrás, debido a que el vehículo está montado en una suspensión
sobre muelles. Consecuentemente, y particularmente si el frenado o
aceleración son bruscas, los extremos del vehículo se moverán hacia
arriba o hacia abajo, causando de nuevo que la altura del sensor
varíe con respecto al suelo. Mientras que la presencia de la
superficie sobre la cual el vehículo está circulando tiene un efecto
sobre el sensor, en la medida que la altura del sensor por encima
de la superficie permanece constante, esto tendrá un efecto
constante y, por lo tanto, el efecto de la superficie puede
ignorarse. Sin embargo, cuando la altura del sensor por encima del
suelo varía debido a la aceleración/desaceleración del vehículo,
entonces el efecto del suelo sobre el sensor variará
significativamente. Esto puede causar que el sensor interprete que
hay un objeto cercano o más alejado del vehículo de lo que en
realidad está y ello puede activar un falso aviso. Mientras que
esto puede subsanarse reduciendo la sensibilidad del sensor, se
reduce claramente la distancia efectiva en la cual el sensor puede
utilizarse de forma útil.
Para subsanar este problema, en una segunda forma
de realización de la invención, un segundo sensor 20 se coloca en
el vehículo para proporcionar una indicación de la altura del
sensor principal con respecto al suelo y para compensar los cambios
de altura que pueda haber.
Este segundo sensor 20 puede ser un sensor
capacitivo similar al sensor principal 1. De esta manera, el
segundo sensor 20 proporciona una señal de salida que guarda
relación con la distancia libre respecto al suelo, restando su
señal de salida de la señal de salida del sensor principal encarado
hacia fuera. Así se elimina el efecto de los cambios en la
distancia libre respecto al suelo. De esta manera puede mantenerse
la sensibilidad del sensor principal 1 permitiendo que los objetos
se detecten a una distancia más larga.
Mientras, es conveniente colocar el segundo
sensor 20 como un sensor capacitivo que actúe eficazmente como una
referencia; también es posible utilizar cualquier otra clase de
sensor indicador de altura que puede ser adecuadamente calibrado
para proporcionar una señal de salida para compensar los cambios de
altura del vehículo detectados por el sensor principal. Por
ejemplo, un vehículo que ya esté dotado de un sensor de altura con
respecto al suelo puede modificarse para proporcionar una señal de
salida de dicho sensor de altura al sensor de la presente
invención.
Mientras que la modificación anteriormente
indicada proporciona una compensación para los cambios de altura
con respecto al suelo sobre el que circula el vehículo directamente
debajo del sensor, en la práctica el vehículo puede maniobrar sobre
suelo plano hacia una superficie en pendiente o un suelo con
irregularidades, por ejemplo, un bordillo. En estas circunstancias,
el sensor principal encarado hacia fuera detectaría el cambio de
altura antes que el sensor de altura y, consecuentemente,
conduciría equivocadamente a creer que había un objeto cercano y
podría activar una falsa alarma.
Consecuentemente, posterior en otra modificación
de la presente invención, el sensor secundario se dispone de tal
manera que apunte ligeramente tanto hacia afuera del vehículo como
hacia abajo. Esto puede verse en la figura 5 en la que el sensor
secundario 20 detecta la altura con respecto al suelo hacia fuera
del vehículo más que debajo del límite trasero del vehículo. De
esta manera, el sensor secundario 20 puede proporcionar una
indicación más precisa de la altura del sensor principal 1 con
respecto al suelo, que la que el sensor principal está detectando.
Esto, a su vez, proporciona una corrección más precisa de la
variación de la altura con respecto al suelo sobre la cual el sensor
está detectando.
Según una tercera forma de realización de la
presente invención, se realiza otra modificación al sensor. En
lugar de utilizar un sensor secundario para determinar la altura del
sensor principal con respecto al suelo, el sensor principal puede
modificarse para reducir la sensibilidad en la región situada
inmediatamente debajo del sensor y, posiblemente, también
ligeramente hacia fuera del vehículo. Esto se consigue colocando
una placa de pantalla 7 montada debajo de la placa del sensor para
reducir la sensibilidad del sensor en la región por debajo del
sensor. En efecto, la placa de pantalla 7 impide que el sensor
"vea" el suelo que hay debajo de él y, por lo tanto, está
ciego o por lo menos insensible a los cambios de altura con respecto
al suelo.
La figura 6 muestra esquemáticamente cómo se
modificaría el sensor según la primera forma de realización. En
esta forma de realización, la placa de guarda se extiende
simplemente hacia abajo y alrededor debajo de la pata del sensor
para actuar como la placa de pantalla 7. Las figuras 7A y 7B
representan dos variaciones alternativas de ello. En la figura 7A,
la placa de pantalla 7 es la placa separada colocada debajo del
sensor, que entonces está conectada eléctricamente con la placa de
guarda. Tal como se representa en la figura 7A, esto puede hacerse
mediante una conexión física con alambre, pero también puede
realizarse mediante una conexión capacitiva con la placa de guarda.
Mientras que la figura 6 y 7A representan la placa de pantalla 7
sustancialmente dispuesta en perpendicular a la parte principal de
la placa de guarda y la placa del sensor, esto no es esencial. Tal
como se representa en la figura 7B, la placa de pantalla 7 puede
disponerse físicamente formando un ángulo para ajustar cuánto
apantallamiento se proporciona y qué región alrededor del sensor
está apantallada. Esto permite modificar el sensor adaptándose a
diferentes requisitos y diferentes ejecuciones. Por ejemplo,
cuando el sensor se utiliza en diferentes vehículos o diferentes
posiciones en el mismo vehículo, la región que se requiere que
apantalle la placa de pantalla 7 variará en función de la altura a
la cual está posicionado el sensor y a la posición relativa del
sensor.
Como se ha indicado anteriormente, la placa de
pantalla 7 está conectada a la placa de guarda. Sin embargo,
también es posible conectar la pantalla a masa, por ejemplo,
conectándola al cuerpo del coche, o a cualquier otro potencial fijo
de corriente continua. Esto tendría un efecto similar a conectarlo
a la placa de guarda. En el ejemplo representado, la placa de
pantalla 7 está situada en la proximidad inmediata al sensor. Sin
embargo, en una realización práctica puede ser más conveniente
posicionar la placa de pantalla 7 más alejada de la placa del
sensor y de la placa de guarda o puede que no sea conveniente
proporcionar una conexión directa entre la placa de guarda y la
placa de pantalla 7. Así pues, en algunas realizaciones puede ser
más conveniente conectar la pantalla a masa o, incluso, utilizar una
parte existente del vehículo a la cual está sujeto el sensor para
que actúe como una pantalla.
La figura 8B muestra un ejemplo de la presente
invención instalado en un parachoques del vehículo. Como puede
verse en la comparación entre la figura 8A y 8B, no se requiere
modificar el aspecto del parachoques hacia fuera. En lugar de ello,
el sensor simplemente puede embeberse en la espuma absorbente de
impactos 15 que se coloca dentro de los parachoques más modernos.
En la construcción representada en la figura 8B, una parte de la
espuma 15 ha sido extraída y el sensor se ha colocado dentro. Sin
embargo, asumiendo que la espuma absorbedora de energía 15 no es
significativamente conductora, el sensor podría formarse de tal
manera que estuviera completamente encerrado dentro de la espuma,
minimizando así la reducción de la cantidad de espuma presente.
Las figuras 9A y 9B muestra dos ejemplos
adicionales de cómo los sensores pueden embeberse en el material de
relleno (material absorbedor de impactos) del parachoques. Estas
dos formas de realización adicionales muestran cómo el perfil del
sensor puede modificarse para reducir la sensibilidad del sensor
ante objetos que están debajo del vehículo. Inclinando la parte
inferior del sensor hacia delante o haciendo que la parte inferior
esté más hacia delante con una porción de interconexión, la
sensibilidad del sensor ante objetos irrelevantes, tales como el
suelo, se reduce.
Además, embebiendo el sensor en el parachoques,
se protege contra daños que pueden ser causados por impactos
accidentales y colisiones a baja velocidad.
La figura 10 muestra una forma de realización
práctica de sensor incorporado a un parachoques utilizando una
superficie eléctricamente conductora aplicada en el parachoques
como parte del proceso de pintura.
La figura 10 muestra un sensor con una placa de
sensor y de guarda dispuesta sustancialmente tal como se describe
anteriormente. Sin embargo, más que proporcionar una placa separada
para actuar como pantalla, la superficie del parachoques está
provista de una superficie eléctricamente conductora. Ahora, muchos
parachoques son recubiertos con pintura eléctricamente conductora,
por lo menos en algunas capas. En particular, puede proporcionarse
una capa de imprimación eléctricamente conductora. De esta manera,
poniendo una carga eléctrica en el parachoques, la pintura puede
atraerse electrostáticamente, lo que permite ahorrar pintura y
proporcionar un mejor recubrimiento, especialmente en los
bordes.
Por consiguiente, proporcionándole una superficie
conductora como la que se representa en la figura 10, que está
debajo y también ligeramente delante de la placa del sensor, la
superficie puede utilizarse para actuar como una placa de pantalla
7. Como se describe anteriormente, la placa de pantalla 7 puede
conectarse a la placa de guarda o directamente a masa. Una conexión
de estas características puede realizarse en cualquier punto de la
superficie del parachoques. Sin embargo, desde un punto de vista
práctico, puede que no sea conveniente o relativamente caro
proporcionar una conexión eléctrica física a la superficie exterior
del parachoques. Por consiguiente, puede que sea preferible
proporcionar una conexión a la superficie conductora del
parachoques utilizando una conexión capacitiva. Esto puede
conseguirse proporcionando una placa o superficie conductora en la
superficie interior del parachoques que está conectado
eléctricamente a la placa de guarda o a la masa. El forro 32 del
parachoques es relativamente delgado y, generalmente, está
fabricado con un material eléctricamente aislante. Esto permite
que se forme un condensador que proporciona una buena conexión
capacitiva a través del forro 32 del parachoques. De esta manera,
formando un conexión en la superficie interior del parachoques se
evita la necesidad de efectuar conexiones eléctricas a través o
alrededor de la cara exterior del forro 32 del parachoques. También
las limitaciones en el aspecto y en la disposición de las
conexiones son menos cruciales que si fueran normalmente visibles
en la superficie exterior del parachoques.
Mientras es preferible proporcionar una
superficie conductora en el parachoques que no cubra toda la
superficie del forro 32 del parachoques, esto no evitaría que el
sensor trabajase. Si una superficie conductora se prolongase a lo
ancho de toda la superficie del forro 32 del parachoques, ello
incluiría una porción delante de la placa del sensor. Esto hace
aumentar la sensibilidad global del sensor haciendo que la
superficie conductora actúe como una placa de sensor. Sin embargo,
la exclusión de los efectos del terreno no es tan buena.
Para subsanar este problema, puede proporcionarse
una pequeña "ventana" en la superficie conductora
directamente delante del sensor permitiendo que el forro 32 del
parachoques esté casi completamente cubierto con una superficie
conductora. Esta "ventana" permitiría que el sensor mantuviese
su sensibilidad directamente hacia afuera del vehículo, es decir,
en la región directamente detrás (o directamente delante de,
respectivamente) del vehículo, mientras que proporcionaría la
beneficiosa reducción de sensibilidad debajo del sensor. Dicha
ventana se puede realizar enmascarando una porción del forro 32 del
parachoques cuando se aplica una superficie conductora o extrayendo
parte de la superficie conductora después de ser aplicada, a la
totalidad del forro 32 del parachoques.
La figura 11 muestra otra forma de realización
de la presente invención. En esta construcción, una capa conductora
30, 30a se aplica al forro 32 del parachoques, por encima de 30a,
y por debajo de 30 se aplica el sensor con una capa no conductora
31 o no poniendo una capa entre ellas. La figura 11 representa una
capa no conductora 31. En la construcción de la figura 11, la
disposición física de las placas de guarda y del sensor es similar a
las otras construcciones que se han mostrado anteriormente. Sin
embargo, en esta construcción la placa de guarda se extiende y se
dobla hacia abajo, por debajo de la placa del sensor, para
reducir la sensibilidad del sensor debajo del mismo. La placa de
guarda se prolonga aisladamente y se dobla para que pase a lo largo
de la superficie interior del forro 32 del parachoques para
proporcionar un acoplamiento capacitivo con la superficie conductora
del forro 32 del parachoques para actuar como una placa de pantalla
7. Este acoplamiento capacitivo se forma donde la placa de guarda
prolongada y la capa de recubrimiento conductora 30 se solapan 33a,
33b. Esto permite que el sensor se forme de manera muy simple
proporcionando una placa de guarda individual dispuesta para
fijarla al forro 32 del parachoques con una placa de sensor
emparedada entre la placa de guarda y el forro 32 del parachoques
con aisladores 8 entre ellos. Esta disposición física proporciona
un sistema muy flexible que puede disponerse para ser conectado a
un conjunto muy amplio de diferentes diseños de parachoques, sin
limitarse a diseños específicos. La placa de guarda puede formarse
simplemente a partir de una chapa conductora flexible, tal como
una chapa metálica que tenga una superficie adhesiva en un lado que
permita adherir el sensor al forro 32 del parachoques y a la placa
del sensor y espacios aislantes intermedios.
Mientras la presente invención ha sido descrita
en relación a un parachoques montado en la parte trasera, se
apreciará que el sensor puede aplicarse a cualquier parte del
vehículo, incluidos los laterales, el frontal o, incluso, el techo,
por ejemplo, para proteger a los vehículos contra colisiones con
techos bajos, puentes, etc. En puntos apropiados pueden
proporcionarse sensores adicionales, incluyendo placas de sensor y
de tierra, para proteger estas diferentes partes de un vehículo.
Estos sensores pueden proporcionarse con circuitos de sensor
separado para proporcionar una indicación de riesgo separada. Sin
embargo, algunos o todos los sensores pueden detectarse utilizando
un único circuito, multiplexando la señal procedente de cada
sensor por turnos o simplemente detectando conjuntamente todos los
sensores para proporcionar una señal de aviso global de presencia
de objetos peligrosos a los que el vehículo puede estar
aproximándose.
Claims (32)
1. Sensor de proximidad (1) para un vehículo
comprendiendo:
- -
- una placa de guarda (3) más interna;
- -
- una placa de sensor (2) más externa generalmente alargada; y
- -
- medios de cálculo para proporcionar información de proximidad basada en la capacidad entre la placa del sensor y la masa eléctrica, caracterizado porque la forma de la placa del sensor varía a lo largo de su longitud para proporcionar tramos de sensibilidad aumentada.
2. Sensor según la reivindicación 1, en el que la
placa de guarda y la placa del sensor están dispuestas una junto a
la otra.
3. Sensor según las reivindicaciones 1 ó 2, en el
que, en la práctica, la placa de guarda está dispuesta de modo que
está situada entre la placa del sensor y el vehículo (10).
4. Sensor según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en
el que la placa del sensor tiene una anchura no uniforme a lo largo
de su longitud.
5. Sensor según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la placa del sensor tiene
una porción (4,5) en cada extremo que tiene una anchura mayor que
la porción central.
6. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la anchura de la placa del
sensor en un punto dado a lo largo de la longitud de la placa del
sensor, se elige según la forma y orientación de un parachoques (6)
al cual el sensor se ha de fijar en la práctica.
7. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la parte central de la
placa del sensor tiene una anchura sustancialmente uniforme con
secciones extremas (4,5) que tienen, por lo menos, una porción con
una anchura mayor.
8. Sensor según la reivindicación 7, en el que
la anchura de las secciones extremas (5) de la placa del sensor
aumenta progresivamente hacia los extremos.
9. Sensor según la reivindicación 7, en el que
la anchura de las secciones extremas (4) es uniforme.
10. Sensor según la reivindicación 7, en el que
las secciones extremas comprenden una primera parte (4) que tiene
una anchura mayor que la parte central y una segunda parte más
externa (4b) que tiene una anchura menor que la primera parte.
11. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la placa de guarda es una
banda alargada.
12. Sensor según la reivindicación 10, en el que
la placa de guarda tiene una anchura que es mayor en los
extremos.
13. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en que la anchura de la placa de
guarda en un punto dado se selecciona según la forma y orientación
del parachoques al cual se ha da sujetar en la práctica.
14. Sensor según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los medios de cálculo
determinan la información de proximidad basada en la velocidad del
vehículo, la capacidad determinada y la velocidad de cambio de la
capacidad determinada.
15. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además un segundo
sensor (20) para proporcionar una señal compensadora representativa
de la altura del sensor sobre el suelo y en el que los medios de
cálculo se adaptan para corregir la información de proximidad
utilizando la señal compensadora.
16. Sensor según la reivindicación 15, en el que
el segundo sensor (20) es un sensor capacitivo.
17. Sensor según las reivindicaciones 15 ó 16,
en el que el segundo sensor (20) está dispuesto físicamente de
manera que detecte la altura del sensor sobre el suelo hacia fuera
del vehículo.
18. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además una placa de
pantalla (7).
19. Sensor según la reivindicación 18, en el que
la placa de pantalla (7) está conectada a la placa de guarda
(2).
20. Sensor según la reivindicación 18, en el que
la placa de pantalla (2) está conectada a masa.
21. Sensor según la reivindicación 19 ó 20, en
el que la placa de pantalla (7) está conectada capacitivamente.
22. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 21, en el que la placa de pantalla está
dispuesta debajo de la placa del sensor.
23. Sensor según una cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 22, en el que la placa de pantalla está
formada como una capa eléctricamente conductora en la superficie de
un objeto al cual se sujeta el sensor.
24. Sensor según la reivindicación 23, en el que
la capa de recubrimiento conductora es una pintura.
25. Parachoques (6) de vehículo que tiene un
sensor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, fijado al mismo.
26. Parachoques de vehículo según la
reivindicación 25, en el que la placa de guarda (3) y la placa
sensor (2) en la práctica están montadas en el lado más interno del
parachoques.
27. Parachoques de vehículo según las
reivindicaciones 25 ó 26, en el que la placa de guarda y la placa
del sensor se extienden sustancialmente a lo largo de toda la
longitud del parachoques.
28. Parachoques de vehículo según las
reivindicaciones 25, 26 ó 27, en el que la placa del sensor tiene
una o más porciones (4,5) de anchura aumentada a lo largo de su
longitud, correspondiente a obstrucciones en el parachoques hacia
fuera de la placa del sensor.
29. Parachoques de vehículo según una cualquiera
de las reivindicaciones 25 a 28, en el que la placa de guarda y la
placa del sensor están, por lo menos parcialmente, encajadas dentro
del material absorbedor de impactos (15) del parachoques.
30. Parachoques de vehículo según una cualquiera
de las reivindicaciones 25 a 28, en el que la placa de guarda y la
placa del sensor están detrás del material absorbedor de impactos
(15) del parachoques.
31. Parachoques de vehículo según una cualquiera
de las reivindicaciones 25 a 30, cuando se depende de la
reivindicación 15, en el que el segundo sensor (20) está montado en
el parachoques.
32. Vehículo (10) que tiene uno o más sensores
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, o uno o más
parachoques de vehículo sujetos al mismo, según cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 31.
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