FR2935479A1 - Dispositif d'electrodes de mesure et dispositif et procede de mesure capacitive de distance - Google Patents

Abstract

Dispositif d'électrodes de mesure comportant au moins deux électrodes de mesure (202, 204) pour coopérer avec une contre-électrode (203). La capacité du condensateur de mesure formé respectivement d'une électrode de mesure (202, 204) et d'une contre-électrode (203) dépend de la distance (212, 214) d'un objet (206) par rapport à l'électrode de mesure (202, 204) respective, les plans d'au moins deux électrodes de mesure (202, 204) ont entre eux une distance prédéfinie (216) supérieure à zéro.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'électrodes de mesure comportant : - au moins deux électrodes de mesure pour coopérer avec au moins une contre-électrode, et la capacité du condensateur de mesure formé respectivement d'une électrode de mesure et d'une contre-électrode dépend de la distance d'un objet par rapport à l'électrode de mesure respective. Elle concerne aussi un dispositif et un procédé de mesure capacitive de la distance et un programme d'ordinateur correspondant. Etat de la technique Bien que la description suivante concerne principalement la détermination de la distance d'un objet par rapport à un véhicule réalisé sous la forme d'un corps, l'invention n'est pas limitée à cette application et convient bien plus pour tout type de corps, notamment pour des corps immobiles. On connaît des dispositifs et des procédés de mesure de distance entre des véhicules et des objets. La mesure de distance peut se faire par exemple par des capteurs capacitifs à l'aide d'un système d'électrodes équipant le propre véhicule, la capacité de ce dispositif d'électrodes est influencée par l'objet qui se rapproche. Par convention, l'expression "propre véhicule" désigne le véhicule équipé du dispositif de mesure de distance qui sera détaillé ultérieurement. L'expression "objet" désigne un objet dans l'environnement du propre véhicule et qui est saisi par la mesure capacitive de distance, il s'agit notamment également d'autres véhicules (véhicules étrangers) ainsi que d'objets fixes dans la zone proche et/ou dans la zone éloignée du propre véhicule. On connaît un capteur capacitif, par exemple selon le document GB 24 044 43. Selon le document DE 195 01 642 B4, on connaît un capteur capacitif qui occupe tout le pare-chocs arrière. Le capteur capacitif est constitué par une électrode reliée à l'entrée d'un amplificateur et par l'intermédiaire d'une résistance, à un générateur sinus. La tension de sortie d'un amplificateur et la tension d'un

2 générateur sinus sont appliquées à un circuit comparateur de phases. La différence de phases dépend du condensateur formé entre l'électrode et la masse. Ce condensateur est influencé par un objet qui se trouve à proximité ou qui se déplace en se rapprochant ou en s'écartant du condensateur. Ce document DE 195 01 642 B4 décrit en outre l'utilisation d'une électrode formant écran dans un capteur capacitif de distance. Pour déterminer la distance d'un objet par rapport au propre véhicule, en utilisant un capteur capacitif de distance, on détermine sa capacité ou sa variation de capacité. Usuellement, on définit pour cela la capacité entre une électrode de mesure et le propre véhicule. La capacité mesurable est influencée par un objet qui se trouve à proximité. L'utilisation d'une électrode formant écran entre l'électrode de mesure et le propre véhicule, permet d'améliorer la sensibilité. La capacité mesurée dépend entre autres et de façon analogue au cas d'un condensateur à plaques, réciproquement de la distance (d) entre l'électrode de mesure et l'objet ainsi que de la surface active (A), de la constante de champ électrique (eo = 8,85.10-12 F/m) et de la permittivité relative er de la matière qui se trouve dans l'intervalle.

Les plages d'application moderne dans la technique automobile nécessitent la saisie d'objets dans l'environnement du propre véhicule à des distances variables. Dans les fonctions d'assistance de conduite par exemple dans la technique de "précollision", il est intéressant de saisir des objets relativement éloignés, notamment des véhicules étrangers alors que pour les fonctions d'assistance de rangement ou de manoeuvre, il peut être intéressant de pouvoir déceler des objets qui se trouvent à proximité immédiate du propre véhicule et qui risqueraient d'endommager le véhicule au cours de la manoeuvre de rangement et/ou autres manoeuvres du véhicule. La capacité servant à mesurer la distance dépend non seulement de la distance (d) mais également de la surface active des électrodes et des constantes diélectriques ou de la permittivité relative. La capacité du dispositif dépend fortement de l'influence météorologique à cause de la forte permittivité relative, de l'eau comme par exemple des

3 variations d'humidité de l'air ou de la température. Dans ces conditions, il est souhaitable d'améliorer le dispositif capacitif de mesure de distance. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'électrodes de mesure caractérisé en ce que les plans d'au moins deux électrodes de mesure ont entre eux une distance prédéfinie supérieure à zéro. L'invention concerne également une unité de calcul appliquant ce procédé ainsi qu'un programme d'ordinateur correspondant et un produit programme d'ordinateur. L'invention permet d'éliminer la dépendance vis-à-vis des influences météorologiques dans une mesure capacitive de distance si l'on effectue cette mesure capacitive à des distances différentes. Selon l'invention, par l'utilisation d'une disposition géométrique appropriée entre les électrodes sur un corps tel que par exemple le propre véhicule, on pourra déterminer la distance par rapport à d'autres objets tels que des véhicules et cela d'une manière très indépendante des conditions météorologiques. Pour cela, on utilise un système de capteur composé d'au moins deux électrodes qui sont à une distance différente de l'objet de la mesure. Le dispositif selon l'invention comporte au moins deux condensateurs de mesure dont chacun comporte principalement au moins une électrode de mesure et une contre-électrode, la contre- électrode est en général installée sur le corps muni du dispositif d'électrodes tel que par exemple le propre véhicule. Dans ce cas, un condensateur de mesure comprend l'électrode de mesure et la contre-électrode installée sur le corps ou constituée directement par le corps, ce condensateur a une capacité qui augmente par le rapprochement d'un objet. La capacité du condensateur de mesure est influencée par les objets se trouvant dans l'environnement des électrodes. Cela permet de constater le mouvement d'un objet se rapprochant ou s'éloignant des électrodes sous la forme d'une variation de capacité et/ou cela permet de déterminer la distance entre un objet et une électrode ou des grandeurs qui en découlent. Le procédé selon l'invention utilise

4 notamment un dispositif selon l'invention. Selon un autre développement approprié de l'invention, la contre-électrode est constituée par l'objet. Si la contre-électrode est constituée par le propre véhicule, pour améliorer la caractéristique de mesure, on prévoit en outre une électrode formant écran entre l'électrode de mesure et la contre-électrode ; cette électrode formant écran est par exemple reliée par un convertisseur d'impédance, fortement ohmique, selon les techniques de circuit usuelles, au même potentiel que l'électrode de mesure. On crée ainsi une zone sans champ entre l'électrode formant écran et l'électrode de mesure. Cette disposition améliore la qualité de la mesure et dans le cas d'une faible valeur absolue de la capacité, le tracé des lignes de champ entre l'électrode de mesure et la contre-électrode, sera proportionnellement plus fortement augmenté par un objet qui se rapproche, que l'augmentation sans électrode formant écran. Dans ce cas, c'est-à-dire en l'absence d'électrode formant écran, la capacité serait déterminée principalement par le voisinage direct entre l'électrode de mesure et le véhicule et moins par les objets plus éloignés. De manière avantageuse, l'invention concerne un procédé économique permettant d'éliminer les influences météorologiques telles que par exemple l'humidité de l'air pour la mesure des distances par des capteurs capacitifs de distance. La présente invention développe un procédé de mesure capacitif de la distance selon lequel on détermine une première valeur de capacité fournie par une première électrode de mesure et une seconde valeur de capacité fournie par une seconde électrode de mesure. La valeur de la distance est définie en se fondant sur la première valeur de capacité et la seconde valeur de capacité et sur une distance prédéfinie entre la première électrode de mesure et la seconde électrode de mesure. La distance prédéfinie est en particulier supérieure à zéro dans la direction de la normale aux surfaces. De manière préférentielle, les plans des électrodes sont ainsi installés pratiquement parallèlement l'un à l'autre et à une distance déterminée. Le procédé selon l'invention permet d'éliminer l'influence de l'environnement sur des mesures capacitives de distance grâce à la mesure à des intervalles différents. Selon un développement, la première électrode de mesure est à une première distance d'un objet à mesurer et la seconde électrode 5 de mesure est à une seconde distance de l'objet à mesurer, qui est différente de la première distance et la distance prédéfinie correspond à la différence entre la première et la seconde distance. La valeur de la distance peut se déterminer avantageusement sans tenir compte de la permittivité relative de la matière entre l'objet et les électrodes de mesure. En particulier, on peut déterminer la valeur de la distance en fonction du rapport des deux valeurs de capacité. De manière avantageuse, la valeur de la distance se détermine indépendamment de la permittivité relative car celle-ci n'intervient plus dans le calcul de la distance qui se fait en formant un rapport. La première valeur de capacité et la seconde valeur de capacité peuvent être des valeurs de capacité fournies indépendamment l'une de l'autre. De manière avantageuse, la première valeur de capacité et la seconde valeur de capacité ont la précision nécessaire à la mesure de la distance avec ainsi des valeurs de capacité saisies au moins sensiblement en même temps. En cas d'inexactitude dans la détermination de la distance par exemple à cause d'un objet de mesure, mobile, on pourra réduire l'imprécision. De manière avantageuse la première et la seconde électrode de mesure ont sensiblement la même surface active d'électrode vis-à-vis de la mesure de distance. Selon un développement, pour déterminer la valeur de la distance, on peut faire une conversion analogique/numérique de la première et de la seconde valeur de la capacité. Cela permet de traiter des valeurs de mesure de capacité sous forme numérique. La variante de réalisation de l'invention sous la forme d'une unité de calcul permet de résoudre efficacement et rapidement le problème à la base de l'invention. L'unité de calcul selon l'invention pour la mesure capacitive de la distance comporte notamment une installation pour recevoir une première valeur de capacité fournie par

6 une première électrode de mesure par l'intermédiaire d'une interface, une installation pour recevoir une seconde valeur de capacité fournie par une seconde électrode de mesure, également transmise par l'interface et une installation pour déterminer une valeur de distance fondée sur la première valeur de capacité et la seconde valeur de capacité et sur une distance prédéfinie entre la première électrode de mesure et la seconde électrode de mesure. La présente invention crée en outre un système de capteur pour la mesure capacitive de la distance ayant une première électrode de mesure et au moins une seconde électrode de mesure; la première électrode de mesure et au moins la seconde électrode de mesure sont installées pour avoir des distances différentes par rapport à un objet de mesure et/ou une contre-électrode. De manière avantageuse, on intègre les électrodes de mesure dans un système de peinture multicouche d'un véhicule ou pour être monté derrière le pare-chocs ou des baguettes décoratives. Un tel système de capteur convient pour fournir des valeurs de mesure de capacité exploitées par le procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention peut par exemple être exécuté par un appareil de commande.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur avec des moyens de code programme pour exécuter toutes les étapes du procédé de l'invention lorsque le programme est exécuté par un ordinateur ou par une unité de calcul, notamment lorsqu'il est exécuté dans un appareil de commande tel que par exemple une unité centrale. Le produit programme d'ordinateur selon l'invention avec des moyens de code programme enregistrés sur un support de données que peut lire un ordinateur, selon l'invention est réalisé pour exécuter toutes les étapes d'un procédé lorsque le programme d'ordinateur est exécuté par un ordinateur ou une unité de calcul correspondante, notamment un appareil de commande tel que par exemple une unité centrale. Comme support de données approprié, il y a notamment les disquettes, les disques durs, les mémoires flash, les mémoires EEPROM, les disques CD-ROM, les disques DVD et autres. Il est

7 également possible de télécharger un programme par un réseau d'ordinateurs tel que internet, intranet ou autres. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématique dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un ordinogramme d'un procédé selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif d'électrodes selon un exemple de réalisation de la présente invention, - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif d'électrodes selon un autre exemple de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention On utilisera pour des éléments identiques ou analogues représentés dans les figures, les mêmes références ou des références analogues. En outre, les différentes figures comportent des dessins que l'on peut combiner de multiples manières. La figure 1 montre un ordinogramme d'un procédé de mesure capacitive de la distance selon un exemple de réalisation de la présente invention. Dans une première étape, on détermine 102 une première valeur de capacité fournie par une première électrode de mesure. Cette valeur de capacité peut être reçue notamment par l'intermédiaire d'une interface. L'interface peut être celle entre la première électrode de mesure et un dispositif pour exécuter le procédé de l'invention.

Dans une seconde étape, on détermine 104 une seconde valeur de capacité fournie par une seconde électrode de mesure. Les étapes au cours desquelles on détermine ou on reçoit peuvent être exécutées simultanément ou successivement. Dans une troisième étape, on détermine 106 une valeur de la distance en fonction de la première capacité et de la seconde capacité ainsi que d'une distance prédéfinie entre la première électrode de mesure et la seconde électrode de mesure. La distance prédéfinie peut être par exemple fournie par une installation de mémoire ou plus simplement une mémoire.

8 Selon un exemple de réalisation, les électrodes de mesure sont disposées pour avoir des distances différentes par un rapport à un objet de mesure. La distance prédéfinie dans ce cas, peut correspondre à la différence entre les distances différentes des électrodes de mesure par rapport à l'objet mesuré. Pour déterminer la valeur de la distance, on utilise une installation de calcul réalisée pour donner la valeur de la distance en fonction de la première et de la seconde valeur de capacité et de la distance prédéfinie. Pour un traitement plus simple, on peut soumettre la première et la seconde valeur de capacité, préalablement à une conversion analogique/numérique. La conversion analogique/numérique peut être exécutée par un convertisseur analogique/numérique approprié. L'installation de calcul est réalisée pour déterminer la valeur de la distance à l'aide d'un rapport entre la première et la seconde valeur capacitive.

De façon idéale, la première et la seconde valeur de capacité sont fournies indépendamment par des électrodes de mesure différentes. La saisie de la première et de la seconde valeur de capacité doit se faire simultanément ou du moins de manière rapprochée pour qu'une variation de la distance par rapport à l'objet mesuré, ne se répercute pas de manière négative sur la précision de la mesure. De plus, les électrodes de mesure peuvent être réalisées et installées pour avoir la même surface active d'électrodes ou au moins sensiblement la même. La figure 2 montre un exemple de réalisation permettant d'éliminer l'influence des intempéries ou conditions météorologiques à l'aide de deux électrodes de mesure distantes d'une distance prédéfinie. La figure 2 montre notamment une réalisation d'un dispositif d'électrodes de mesure 201 selon l'invention avec deux distances de mesure; cette disposition est utilisable dans le dispositif selon l'invention pour la mesure capacitive de distance. En particulier, la disposition des électrodes convient pour avoir la première et la seconde valeur de capacité. Le dispositif d'électrodes de mesure 201 comporte une première électrode de mesure 202 et une seconde électrode de mesure 204 pour coopérer avec une contre-électrode 203. La contre- électrode 203 est constituée habituellement par le propre véhicule. Les 25 30 deux électrodes de mesure 202, 204 ont une distance prédéfinie 216 en direction de la contre-électrode 203 ou de l'objet 206. Du fait de la distance prédéfinie, la capacité réalisée par la première électrode de mesure 202 diffère de la capacité réalisée par la seconde électrode de mesure 204. Le procédé selon l'invention pour déterminer la distance, permet par exemple de déterminer la distance 212 ou la distance 214, c'est-à-dire la distance entre l'une des électrodes 202, 204 et l'objet 206. La capacité fournie par les électrodes dépend entre autres également de la distance de l'objet par rapport aux électrodes ainsi que de la matière, c'est-à-dire de la permittivité relative de la matière entre l'objet et les électrodes. Comme la permittivité relative ou la constante diélectrique dépendant entre autres très fortement de l'humidité de l'air (er de l'eau est - 80) la mesure reproductive de la distance en fonction de la capacité du dispositif d'électrodes est entachée très fortement

d'erreurs. Selon le procédé de l'invention, à partir de la distance 216 connue et des valeurs de capacité mesurées, on pourra par exemple déterminer la distance 212 (di) indépendamment de la permittivité relative de la matière entre les électrodes et l'objet. De façon correspondante, on peut déterminer la distance 214 (d2). Les distances di et d2 peuvent être rapprochées si l'on utilise une constante K : K K d, ù; d2 ù CI C2 Obtient ainsi pour la distance di, la relation suivante, fortement approchée : d2C2 4 dl d CI CI -1 C2 Cela signifie que la distance di que l'on veut déterminer, ne dépend sensiblement que de la distance connue entre les électrodes

l0 Ad et le quotient des capacités mesurées. La permittivité relative er dépendant des intempéries, n'intervient plus dans le calcul. La mesure des capacités peut se faire à l'aide des procédés connus par exemple en mesurant le temps de croissance. La formation du quotient peut se faire avantageusement par division des nombres de mesures convertis A/D dans un mécanisme de calcul. Selon cet exemple de réalisation, on mesure indépendamment l'une de l'autre, les capacités des deux dispositifs. On a ainsi une mesure aussi simultanée que possible des valeurs de capacité par comparaison à la dynamique des évènements. En outre, les électrodes de mesure auront, si possible, la même surface active d'électrode. La figure 3 montre un exemple de réalisation pour l'installation des électrodes de mesure 202, 204 sur un véhicule 301 (propre véhicule). Le véhicule 301 est représenté schématiquement avec les passagers. Sur un côté du véhicule, se trouve le dispositif d'électrodes de mesure 201 comprenant la première électrode 202 et la seconde électrode 204. Le dispositif d'électrodes de mesure 201 convient ainsi pour mesurer la distance d'un objet 206. Comme à la figure 1, la distance 212 (di) entre la première électrode 202 et l'objet 206 et la distance 214 (d2) entre la seconde électrode 204 et l'objet 206, sont représentées. On également représenté la distance 216 (Ad) entre la première électrode 202 et la seconde électrode 204. La flèche 302 indique le mouvement de l'objet 206 en direction des électrodes 202, 204. Pour la disposition selon la figure 3, la contre-électrode est constituée par le propre véhicule 301. Un mouvement du véhicule étranger 206 se traduit par une variation des distances 212, 214 entre le véhicule étranger et la première électrode de mesure 202 ainsi que la seconde électrode de mesure 204, ce qui se traduit par une variation de capacité. La disposition des électrodes 202, 204 sur le véhicule peut se faire selon différents concepts d'intégration. Un concept d'intégration possible est l'intégration des électrodes 202, 204 dans un système de peinture à plusieurs couches. En variante, on peut installer

11 les électrodes 202, 204 derrière le pare-chocs ou des baguettes décoratives du propre véhicule. Toutes les dispositions qui permettent une mesure de distance par rapport à l'objet 206 conviennent. Les exemples de réalisation décrits ne sont choisis qu'à titre d'exemples et peuvent être combinés. A la place des deux électrodes de mesure, différentes, présentées, et qui ont une distance de mesure différente par rapport à l'objet, on peut également utiliser trois ou plusieurs électrodes de mesure. Cela permet de saisir plus de valeurs de mesure de capacité ce qui augmente la précision des mesures. Les électrodes de mesure peuvent être réalisées sous la forme de plaques ou sous toute autre forme appropriée pour les électrodes. En outre, la disposition des électrodes de mesure peut être adaptée aux données propres au véhicule respectif. En particulier, l'invention n'est pas limitée à son application à des véhicules automobiles.15

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 °) Dispositif d'électrodes de mesure comportant : - au moins deux électrodes de mesure (202, 204) pour coopérer avec au moins une contre-électrode (203; 301), et la capacité du condensateur de mesure formé respectivement d'une électrode de mesure (202, 204) et d'une contre-électrode (203; 301) dépend de la distance (212, 214) d'un objet (206) par rapport à l'électrode de mesure (202, 204) respective, caractérisé en ce que les plans d'au moins deux électrodes de mesure (202, 204) ont entre eux une distance prédéfinie (216) supérieure à zéro. 2°) Dispositif d'électrodes de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins deux électrodes de mesure (202, 204) sont installées du même côté d'un corps, notamment d'un véhicule (301). 3°) Dispositif d'électrodes de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins deux électrodes de mesure (202, 204) sont installées principalement dans la direction horizontale et/ou verticale. 4°) Dispositif d'électrodes de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est installé dans un véhicule automobile (301), notamment dans le pare-chocs, les baguettes décoratives et/ou dans la peinture, de façon invisible. 5°) Dispositif de la mesure capacitive de la distance entre un objet et une électrode de mesure, notamment entre un véhicule (301) et un objet (206) dans l'environnement du véhicule (301), comprenant au moins un dispositif d'électrodes de mesure (201) selon les revendications 1 à 4 et au moins une contre-électrode (203; 301). 13 6°) Procédé de mesure capacitive de la distance entre une électrode de mesure et un objet, notamment entre un véhicule (301) et un objet (206) dans l'environnement du véhicule (301), caractérisé par les étapes suivantes : - déterminer (102) une première valeur de capacité fournie par une première électrode de mesure (202), - déterminer (104) une seconde valeur de capacité fournie par une seconde électrode de mesure (204), et - déterminer (106) une valeur de distance (212, 214) en fonction de la première valeur de capacité et de la seconde valeur de capacité, ainsi que d'une distance prédéfinie (216) entre la première électrode de mesure (202) et la seconde électrode de mesure (204). 7°) Procédé selon la revendication 6, selon lequel la première électrode de mesure (202) est à une première distance (212) de l'objet (206) et la seconde électrode de mesure (204) est à une seconde distance (214) de l'objet (206), distance qui est différente de la première distance, et la distance prédéfinie (216) correspond à la différence entre la première distance et la seconde distance. 8°) Procédé selon la revendication 6 ou 7, selon lequel la valeur de la distance (212) se détermine sans tenir compte de la permittivité relative de la matière entre l'objet (206) et les électrodes de mesure (202, 204). 9°) Procédé selon les revendications 6 à 8, selon lequel la première valeur de capacité et la seconde valeur de capacité sont des valeurs de capacité fournies de manière indépendante l'une de l'autre. 10°) Procédé selon la revendication 6, selon lequella première valeur de capacité et la seconde valeur de capacité ont la précision requise par rapport à une mesure de distance pour des valeurs de capacité saisies au moins pratiquement simultanément. 11°) Programme d'ordinateur comportant des moyens de code programme pour effectuer un procédé selon les revendications 6 à 10 lorsque le programme d'ordinateur est exécuté par un ordinateur ou unité de calcul correspondante, notamment dans un appareil de commande. Io 12°) Produit programme d'ordinateur comportant des moyens de code programme enregistrés sur un support de données lisible par un ordinateur pour exécuter toutes les étapes d'un procédé selon les revendications 6 à 10 lorsque le programme d'ordinateur est exécuté 15 par un ordinateur ou une unité de calcul correspondante, notamment un appareil de commande. 20