SE538226C2

SE538226C2 - Capacitive sensor system

Info

Publication number: SE538226C2
Application number: SE1050581A
Authority: SE
Inventors: Peter Sundell; Fredrich Claezon; Lars Åke Wern
Original assignee: Lars Åke Wern
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2016-04-12
Also published as: EP2577868A4; EP2577868A1; SE1050581A1; KR20130041830A; WO2011155893A1; RU2012157294A; CN102939718A; BR112012030047A2

Abstract

Kapacitivt sensorsystem for ett fordon dår systemet omfattar en signalgenerator, ensignaldetektor, och en bearbetningsanordning. Sensorsystemet omfattar vidare enjordningsantenn anpassad att åstadkomma en virtuell extem jord för systemet och som årelektriskt kopplad till signalgeneratom, varvid j ordningsantennen år anordnad på fordonetså att den år elektriskt isolerad från fordonets chassi, har en forutbeståmd storlek och årplacerad ett förutbeståmt avstånd från markytan. Systemet omfattar åtminstone tvåkapacitiva sensorelement vardera def1nierande en detektionszon, och att nåmndasensorelement år anordnade galvaniskt skilda från fordonets chassi, och en vålj aranordning avsedd att inkoppla nåmnda kapacitiva sensorelement enligt ettforutbeståmt detektionsschema i beroende av en styrsignal som påfors våljaranordningen.Signalgeneratom år anpassad generera en sensorsignal med en frekvens och en amplitudoch att påföra denna mellan varje inkopplat kapacitivt sensorelement och den extemavirtuella jorden, och att signaldetektom år anpassad detektera och beståmma ett mått påspånningspotentialen mellan dessa och generera en måtsignal som påförsbearbetningsanordningen i beroende dårav. Bearbetningsanordningen år anpassad att bearbeta måtsignalen och att påfora den bearbetade måtsignalen till ett larrnsystem som år anpassat att generera en eller ﬂera larrnsignaler i beroende av den bearbetade måtsignalen. (Pig. 3) Capacitive sensor system for a vehicle where the system comprises a signal generator, single signal detector, and a processing device. The sensor system further comprises a grounding antenna adapted to provide a virtual extreme ground for the system and as electrically connected to the signal generator, the grounding antenna being arranged on the vehicle so that it is electrically isolated from the vehicle chassis, has a predetermined size and is located a predetermined distance from ground. The system comprises at least two capacitive sensor elements each defining a detection zone, and said sensor element being arranged galvanically separated from the chassis of the vehicle, and a selector means for engaging said capacitive sensor element according to a predetermined detection scheme depending on a signal. a frequency and an amplitude and to apply it between each connected capacitive sensor element and the extreme virtual earth, and that the signal detector is adapted to detect and determine a measure of the voltage potential between them and generate a measurement signal as the pre-processing device depending thereon. The processing device is adapted to process the measurement signal and to apply the processed measurement signal to a alarm system which is adapted to generate one or more of the alarm signals depending on the processed measurement signal. (Fig. 3)

Description

Titel Kapacitivt sensorsystem Uppﬁnningens områdeFöreliggande uppﬁnning omfattar ett system för att detektera till exempel fotgängare och cyklister i närheten av ett fordon. Tekniken bygger på användningen av kapacitivasensorelement som gör det möjligt att skapa osynliga zoner utanför fordonet där detektionav fotgängare och cyklister blir möjlig. Uppﬁnningen är också tillämplig för att åstadkomma ett skalskydd med förstärkta övervakade zoner hos fordonet. Title Capacitive sensor system Field of the invention The present invention comprises a system for detecting, for example, pedestrians and cyclists in the vicinity of a vehicle. The technology is based on the use of capacitance sensor elements that make it possible to create invisible zones outside the vehicle where detection of pedestrians and cyclists becomes possible. The invention is also applicable to provide a shell protection with reinforced monitored zones of the vehicle.

Bakgrund till uppfinningen Olyckor mellan tunga fordon och skyddade traﬁkanter är ett stort samhällsproblem. Runt30% av alla omkomna i olyckor där lastbilar är inblandade tillhör den gruppen. Flerapersonbilstillverkare har under senare år presenterat olika system som detekterar ochvarnar förare för oskyddade trafikanter. Främst använder man sig av kamerabaseradelösningar där man med hjälp av bildbehandlingsalgoritmer identifierar fotgängare ochcyklister i kamerabilden, samt beräknar avstånd, riktning och hastighet för dessa. Det ﬁnnsäven system som utnyttjar andra sensortekniker såsom radar, laser, ultraljud, passiva ochaktiva IR-sensorer med ﬂera. För tunga fordon ser dock olycksfallen helt annorlunda utoch det existerar väldigt få system som är anpassade för lastbilar på marknaden idag. De som provats i olika forskningsprojekt har främst baserats på kamera samt ultraljud.Background of the Invention Accidents between heavy vehicles and protected roads are a major societal problem. Around 30% of all fatalities in accidents involving lorries belong to that group. In recent years, multi-passenger car manufacturers have presented various systems that detect and warn drivers of unprotected road users. They mainly use camera-based solutions where, with the help of image processing algorithms, pedestrians and cyclists are identified in the camera image, and distances, direction and speed are calculated for these. It is also a system that uses other sensor technologies such as radar, laser, ultrasound, passive and active IR sensors with ﬂ era. For heavy vehicles, however, accidents look completely different and there are very few systems that are adapted for trucks on the market today. Those tested in various research projects have mainly been based on camera and ultrasound.

Ett närbesläktat område är inbrott och stölder ur lastbilar, trailers och släp vilket har blivitett stort problem idag eftersom värdefullt gods fraktas idag på väg relativt oskyddat. Dessastölder och inbrott medför stora kostnader för åkerinäringen och hos försäkringsbolag.Dessutom bidrar detta även till att förare känner sig osäkra när de sover i lastbilen. Lås-och larmsystem är en vanlig typ av åtgärd för att skydda fordonet mot inbrott och stöldermen det ﬁnns dock begränsningar hos dagens system som gör det svårt att åstadkomma etttillfredsställande skydd.A closely related area is burglary and theft from trucks, trailers and trailers, which has become a major problem today as valuable goods are transported on the road today relatively unprotected. These thefts and burglaries entail large costs for the haulage industry and with insurance companies. In addition, this also contributes to drivers feeling insecure when they sleep in the truck. Locking and alarm systems are a common type of measure to protect the vehicle against burglary and theft, however, there are limitations in today's systems that make it difficult to achieve satisfactory protection.

För övervakning av utvalda zoner runt lastbilen, trailer och släp ﬁnns idag ingen bra lösning. Ett problem med trailers och släp är att de måste vara utrustade med sensorer för 2 övervakningen samt att de ska vara integrerade med dragfordonets övervakningssystem.En känd lösning på problemet visas i WO-2008/121041 som avser ett övervaknings- ochkommunikationssystem för ett fordon, i synnerhet för ett långt fordon. Ljusenheter, t.ex.varselljus och positionsljus, på fordonet är försedda med övervakningssensorer ochkommunikationsenheter för att trådlöst kommunicera utsignaler från sensorema till encentralenhet. Varje sensor definierar en övervakningszon för detektering av ett objekt elleren rörelse i övervakningszonen. Sensorerna kan t.ex. vara ultraljudssensorer,Dopplersensorer eller radarsensorer.There is currently no good solution for monitoring selected zones around the truck, trailer and trailer. A problem with trailers and trailers is that they must be equipped with sensors for 2 monitoring and that they must be integrated with the towing vehicle's monitoring system. A known solution to the problem is shown in WO-2008/121041 which relates to a monitoring and communication system for a vehicle, in especially for a long vehicle. Lighting devices, such as warning lights and position lights, on the vehicle are equipped with monitoring sensors and communication devices for wirelessly communicating output signals from the sensors to a central control unit. Each sensor defines a monitoring zone for detecting an object or movement in the monitoring zone. The sensors can e.g. be ultrasonic sensors, Doppler sensors or radar sensors.

WO-2008/ 121041 avser att lösa problemet med hur sensorema för att övervaka ett fordonkommunicerar med varandra i synnerhet för långa fordon och denna lösning åstadkommesmed ett trådlöst nätverk som enkelt kan kompletteras med ytterligare ljusenheter, somsitter t.ex. på släp. En nackdel med lösningen enligt WO-2008/121041 är att det är enrelativt dyr lösning eftersom komponenter och teknik kräver anpassning av dragfordonets övervakningssystem.WO-2008/121041 aims to solve the problem of how the sensors for monitoring a vehicle communicate with each other, especially for long vehicles, and this solution is achieved with a wireless network which can easily be supplemented with additional light units, e.g. on trailers. A disadvantage of the solution according to WO-2008/121041 is that it is a relatively expensive solution because components and technology require adaptation of the towing vehicle's monitoring system.

US-2006/0250230 avser en metod för drift av en övervaknings- och larmanordning förparkerade fordon. Anordningen omfattar en sensorenhet för att bestämma avståndetmellan fordonet och ett annalkande objekt inom en aktiv zon, och en reaktionsanordningkopplad till en styrenhet som aktiveras när objektet närmar sig fordonet. Den aktiva zonenär uppdelad i åtminstone an första, yttre subzon och en andra, inre subzon.Reaktionsanordningen aktiveras stegvis med hänsyn till mängd, typ, intensitet, och/ellersekvens i den första subzonen jämfört med aktiveringen av reaktionsanordningen med hänsyn till mängd, typ, intensitet, och/eller sekvens i den andra subzonen.US-2006/0250230 relates to a method for operating a vehicle parked for a monitoring and alarm device. The device comprises a sensor unit for determining the distance between the vehicle and an approaching object within an active zone, and a reaction device connected to a control unit which is activated when the object approaches the vehicle. The active zone is divided into at least one first, outer subzone and a second, inner subzone. The reaction device is activated stepwise with respect to quantity, type, intensity, and / or sequence in the first subzone compared to the activation of the reaction device with respect to amount, type, intensity. , and / or sequence in the second subzone.

US-2007/0205775 avser en anordning för kapacitiv positionsbestämning av ett objekt medett ﬂertal kapacitiva prober fördelade på en yta och avsedda att bestämma positionen avobjektet i förhållande till ytan. Enligt denna anordning är varje probe kopplad viakopplingskapacitanser till en spänningskälla och kan matas med en matningsspänning ochatt en utvärderingsanordning är anordnad och kopplad till probema för att bearbeta probesignalema till en utsignal som utgör ett mått på positionen för objektet. 3 En kapacitiv närhetssensor (proximity sensor) tillhör en grupp sensorer som kallasnärhetssensorer som detekterar föremål utan att beröra dem. Andra närhetssensorer ärfotoelektriska och induktiva närhetssensorer. Den kapacitiva närhetssensom detekterarobjekt baserat på dess dielektriska beskaffenhet, och har många användningsområden som utnyttjar denna egenskap.US-2007/0205775 relates to a device for capacitive position determination of an object with a number of capacitive probes distributed on a surface and intended to determine the position of the object in relation to the surface. According to this device, each probe is connected to switching capacitances to a voltage source and can be supplied with a supply voltage and that an evaluation device is arranged and connected to the probes for processing the probe signals into an output signal which is a measure of the position of the object. A proximity sensor belongs to a group of sensors called proximity sensors that detect objects without touching them. Other proximity sensors are photoelectric and inductive proximity sensors. The capacitive proximity sensor detects objects based on its dielectric nature, and has many uses that utilize this property.

Huvudbeståndsdelen för en kapacitiv närhetssensor är en kondensatorplatta, dvs. hälftenav en kondensator.The main component of a capacitive proximity sensor is a capacitor plate, ie. half of a capacitor.

En kondensator består förenklat av två ledande plattor separerade av ett dielektrisktmaterial. En spärmingsskillnad som påförs dessa plattor skapar ett elektriskt fält över detdielektriska materialet. Detta elektriska fält lagrar de elektriska laddningarna, och omenergikällan stängs av kommer det elektriska fältet att kollapsa och avge dess energi somen spärming som faller asymptotiskt mot noll från dess initiala nivå.A capacitor simply consists of two conductive plates separated by a dielectric material. A voltage difference applied to these plates creates an electric field across the dielectric material. This electric field stores the electric charges, and if the energy source is turned off, the electric field will collapse and emit its energy as a voltage that falls asymptotically towards zero from its initial level.

Kondensatoms kapacitet för att lagra laddningar benämns kapacitans och mäts i F aradvilket beror av kondensatorplattomas area, avståndet mellan dem, ochdielektricitetskonstanten för det dielektriska materialet. Vatten har en väldigt högdielektricitetskonstant, ca. 80, medan luft har en låg konstant, ca 1. De ﬂesta material har konstanter mellan dessa värden.The capacitance of the capacitor to store charges is called capacitance and is measured in F arad which depends on the area of the capacitor plates, the distance between them, and the dielectric constant of the dielectric material. Water has a very high dielectric constant, approx. 80, while air has a low constant, about 1. Most materials have constants between these values.

En kapacitiv sensor är således hälften av en kondensator, dvs. en kondensatorplatta. Närett objekt passerar framför plattan fungerar objektet både som den andrakondensatorplattan och det dielektriska materialet och den kapacitiva sensom mäterkapacitansen som bildas av detta arrangemang. Då objektet har en dielektricitetskonstantsom skiljer sig från luftens konstant kommer objektet att kunna detekteras, åtminstone påkort avstånd. En mätanordning kan sedan vara anordnad att mäta förändringen avkapacitansen och ha förutbestämda tröskelvärden inställda till exempel baserat påavståndet mellan objektet och plattan.A capacitive sensor is thus half of a capacitor, ie. a capacitor plate. A near object passes in front of the plate, the object functions both as the second capacitor plate and the dielectric material and the capacitive sensor measures the capacitance formed by this arrangement. Since the object has a dielectric constant that differs from the constant of the air, the object will be detectable, at least for a short distance. A measuring device can then be arranged to measure the change in capacitance and have predetermined threshold values set, for example based on the distance between the object and the plate.

En typisk användning av kapacitiva sensorer är i livsmedelsindustrin där man vill detektera om en behållare är fylld med ett livsmedel. 4 En kapacitiv närhetssensor kan detektera ett objekt tack vare obj ektets förmåga att blielektriskt laddat. Eftersom även icke-ledande material kan bli elektriskt laddade kan alla objekt detekteras med denna typ av sensor.A typical use of capacitive sensors is in the food industry where you want to detect if a container is filled with a food. 4 A capacitive proximity sensor can detect an object thanks to the object's ability to be electrically charged. Since even non-conductive materials can become electrically charged, all objects can be detected with this type of sensor.

Figur 1 visar schematiskt ett exempel på en kapacitiv sensoranordning som omfattar enoscillator som påförs en likspärming och avger en växelström till en kondensatorplatta viaen strömsensor. Kondensatorplattan kan hålla en laddning eftersom, när en platta harladdats positivt, attraheras negativa laddningar till den andra plattan, vilket medför attännu mer positiv laddning kan tillföras den första plattan. Såvida inte båda plattomaexisterar och beﬁnner sig nära varandra är det väldigt svårt att få en av plattoma att bärastor laddning.Figure 1 schematically shows an example of a capacitive sensor device comprising an oscillator which is applied to a direct current and emits an alternating current to a capacitor plate via the current sensor. The capacitor plate can hold a charge because, when a plate is positively charged, negative charges are attracted to the second plate, which means that even more positive charge can be applied to the first plate. Unless both plates exist and settle close to each other, it is very difficult to get one of the plates to carry a large charge.

Den kapacitiva sensorn omfattar således endast en av plattorna och växelströmmen kantillföra eller föra bort ström från denna platta endast om det ﬁnns en annan platta inärheten som kan ha en motstående laddning. Objektet som skall avkännas ﬁlngerar somden andra plattan. Om objektet är tillräckligt nära den sensorplattan för att kunna påverkasav laddningen hos denna kommer objektet att få en motstående laddning och ström kommer att kunna tillföras och föras från sensorplattan och kunna mätas av strömsensom.The capacitive sensor thus comprises only one of the plates and the alternating current can supply or remove current from this plate only if there is another plate nearby which can have an opposite charge. The object to be sensed elongates like the second plate. If the object is close enough to that sensor plate to be affected by the charge of this, the object will have an opposite charge and current will be able to be supplied and carried from the sensor plate and can be measured by the current sensor.

Då kapacitiva sensorer används för att detektera objekt runt ett fordon är några avnackdelama för dessa sensorer mindre viktiga, t.ex. att de inte är riktningskänsliga.When capacitive sensors are used to detect objects around a vehicle, some of the disadvantages of these sensors are less important, e.g. that they are not directional.

Ett praktiskt system har många sensorer regelbundet utspridda längs utsidan av fordonet.Detta betyder att det alltid finns en sensor nära objektet vilket medför att en relativtbegränsad räckvidd räcker och att ett objekt alltid kan lokaliseras genom den sensor, och positionen för sensom, som detekterar objektet.A practical system has many sensors regularly scattered along the outside of the vehicle. This means that there is always a sensor near the object which means that a relatively limited range is sufficient and that an object can always be located through the sensor, and the position of the sensor, which detects the object.

På grund av avsaknaden av riktningskänslighet mäter den kapacitiva sensorn en visskapacitans från objekt i omgivningen som alltid är närvarande och som därför saknarintresse. När sensorn är monterad på ett fordon detekterar sensom själva fordonet och denexterna jorden. Okända objekt detekteras som en ökning av denna bakgrundskapacitans.Emellertid, på en meters avstånd är kapacitansförändringen ett antal tiopotenser lägre, ochmycket mindre än bakgrundskapacitansen. Det är nödvändigt att bestämma denna bakgrundskapacitans så att denna kan subtraheras från mätningen.Due to the lack of directional sensitivity, the capacitive sensor measures a viscosity capacitance from objects in the environment that are always present and therefore lacking interest. When the sensor is mounted on a vehicle, the sensor detects the vehicle itself and the external ground. Unknown objects are detected as an increase in this background capacitance. However, at a distance of one meter, the capacitance change is a number of ten powers lower, and much smaller than the background capacitance. It is necessary to determine this background capacitance so that it can be subtracted from the measurement.

Eftersom bakgrundskapacitansen är stor i förhållande till obj ektets kapacitans, och ocksåär utsatt för drift, är det mycket enklare att använda sensorn för att detektera förändringen iomgivningen än att detektera absolut närvara eller frånvara av ett okänt objekt. Storleken på förändringen av bakgrundskapacitansen beror på hur stabil omgivningen Vid en användningsmode som detekterar förändring är sensom inte att betrakta som en närvarodetektor utan snarare som en detektor som detekterar förändring av närvaro.Since the background capacitance is large in relation to the capacitance of the object, and is also exposed to operation, it is much easier to use the sensor to detect the change in the environment than to detect the absolute presence or absence of an unknown object. The magnitude of the change in the background capacitance depends on how stable the environment is. In a mode of use that detects change, the sensor is not to be regarded as a presence detector but rather as a detector that detects change of presence.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sensorsystem som är enkelt ochbilligt att installera både på lastbilar och bussar och som i synnerhet ökar säkerhetengenom att möjligheten att detektera personer, cyklister och gångtraﬁkanter, i närheten av fordonet förbättras.The object of the present invention is to provide a sensor system which is simple and inexpensive to install on both trucks and buses and which in particular increases safety by improving the possibility of detecting persons, cyclists and pedestrians in the vicinity of the vehicle.

Sammanfattning av uppﬁnningenOvan nänmda syfte åstadkommes med uppﬁnningen definierad av det oberoende patentkravet.Summary of the invention The above-mentioned object is achieved with the invention defined by the independent patent claim.

F öredragna utföringsformer definieras av de beroende patentkraven.Preferred embodiments are defined by the dependent claims.

Uppﬁnningen omfattar således ett kapacitivt sensorsystem för ett fordon där systemetomfattar en signalgenerator, en signaldetektor, och en bearbetningsanordning.Sensorsystemet omfattar vidare en jordningsantenn anpassad att åstadkomma en virtuellextern jord för systemet och som är elektriskt kopplad till signalgeneratom och därjordningsantennen är anordnad på fordonet så att den är elektriskt isolerad från fordonetschassi, har en förutbestämd storlek och är placerad ett förutbestämt avstånd från markytan.Systemet omfattar vidare åtminstone två kapacitiva sensorelement vardera deﬁnierande endetektionszon, och att nämnda sensorelement är anordnade galvaniskt skilda frånfordonets chassi, en väljaranordning avsedd att inkoppla nämnda kapacitiva sensorelement enligt ettförutbestämt detektionsschema i beroende av en styrsignal som påförs välj aranordningen, och att signalgeneratom är anpassad att generera en sensorsignal med en frekvens och en 6 amplitud och att påföra denna mellan varje inkopplat kapacitivt sensorelement och denexterna virtuella jorden. Signaldetektom är anpassad att detektera och bestämma ett måttpå spänningspotentialen mellan dessa och generera en mätsignal som påförsbearbetningsanordningen i beroende därav. Bearbetningsanordningen är anpassad attbearbeta mätsignalen och att påföra den bearbetade mätsignalen till ett larrnsystem som är anpassat att generera en eller ﬂera larmsignaler i beroende av den bearbetade mätsignalen.The invention thus comprises a capacitive sensor system for a vehicle where the system comprises a signal generator, a signal detector, and a processing device. The sensor system further comprises a ground antenna adapted to provide a virtual external ground for the system and electrically connected to the signal generator and the ground antenna so arranged on the vehicle. is electrically isolated from the vehicle chassis, has a predetermined size and is located a predetermined distance from the ground surface. a predetermined detection scheme depending on a control signal applied to the selecting device, and that the signal generator is adapted to generate a sensor signal with a frequency and an amplitude and to apply it between each ink superimposed capacitive sensor element and the external virtual earth. The signal detector is adapted to detect and determine a measure of the voltage potential between them and generate a measuring signal which is applied to the processing device in dependence thereof. The processing device is adapted to process the measurement signal and to apply the processed measurement signal to an alarm system which is adapted to generate one or ﬂ your alarm signals depending on the processed measurement signal.

Det kapacitiva sensorsystemet enligt uppﬁnningen är i synnerhet lämpat för att detekteraom en trafikant, cyklist eller gångtraﬁkant, kommer nära lastbilen eller släpet vilketkommer att bidraga till en ökad kapacitans i förhållande till marken. Detta medför en ökadspänningsdelning och därigenom en förändring av mätsignalen för det sensorelement som detekterat traﬁkanten.The capacitive sensor system according to the invention is particularly suitable for detecting whether a road user, cyclist or pedestrian is approaching the truck or trailer, which will contribute to an increased capacitance in relation to the ground. This results in an increased voltage division and thereby a change in the measuring signal for the sensor element which has detected the trajectory.

Vidare gör det kapacitiva sensorsystemet det möjligt att detektera intrång i zoner somsensorelementen skapar runt fordonet. Sensorsystemet kan till exempel vara kopplat tillfordonets övervakningssystem som slår larm med hjälp av t.ex. ljus, ljud eller viatelematik. Med denna teknik skyddas delar av fordonet inklusive godtycklig trailer eller släp där sensorelement monterats.Furthermore, the capacitive sensor system makes it possible to detect intrusions into zones created by the sensor elements around the vehicle. The sensor system can, for example, be connected to the vehicle's monitoring system which sounds an alarm with the help of e.g. light, sound or viatelematics. With this technology, parts of the vehicle are protected, including any trailer or trailer where sensor elements are mounted.

Flera fördelar åstadkommes med föreliggande uppfinning: Sensorelementen kan användas att dels positionsbestämma cyklister/ gångtrafikanter, ochdels användas för skallarm och rörelselarrn i utvalda zoner runt fordonet.Varningssignaler kan anpassas beroende på olika zoner och avstånd.Several advantages are achieved with the present invention: The sensor elements can be used to partly determine the position of cyclists / pedestrians, and partly be used for skull arms and movement alarms in selected zones around the vehicle. Warning signals can be adapted depending on different zones and distances.

Det är en billig och robust lösning och är okänslig för smuts, väder och vind.It is a cheap and robust solution and is insensitive to dirt, weather and wind.

Kort ritningsbeskrivning Figur l visar schematiskt ett exempel på en kapacitiv sensoranordning.Brief description of the drawing Figure 1 schematically shows an example of a capacitive sensor device.

Figur 2 visar en schematisk bild av en lastbil med släp där föreliggande uppfinning harimplementerats.Figure 2 shows a schematic view of a truck with a trailer in which the present invention has been implemented.

Figur 3 visar ett blockschema av det kapacitiva sensorsystemet enligt föreliggandeuppfinning.Figure 3 shows a block diagram of the capacitive sensor system according to the present invention.

Figur 4 visar ett diagram illustrerande mätsignaler enligt föreliggande uppfinning. 7 Figur 5 visar fronten av en lastbil där sensorelement enligt föreliggande uppﬁnninganordnats.Figur 6 är en schematisk bild av en lastbil illustrerande ett antal mätzoner som åstadkommits enligt föreliggande uppﬁnning.Figure 4 shows a diagram illustrating measurement signals according to the present invention. Figure 5 shows the front of a truck where sensor elements according to the present invention have been arranged. Figure 6 is a schematic view of a truck illustrating a number of measuring zones produced according to the present invention.

Detaljerad beskrivning av föredragna utförinszsformer av uppﬁnningen Figur 2 visar en schematisk bild av en lastbil med släp där föreliggande uppﬁnning harimplementerats. Det kapacitiva sensorsystemet omfattar en signalgenerator, ensignaldetektor och en bearbetningsanordning, tillsammans betecknade med 1, kopplade tillåtminstone två sensorelement 7, i ﬁguren visas tre sensorelement, samt till en virtuellextern jord 3 via en jordningsantenn 4. Fordonets chassijord är en godtycklig jordpunkt påfordonets chassi. I ﬁguren har jordningsantennens och sensorelementens kapacitiva kopplingar till markytan indikerats med streckade linjer.Detailed Description of Preferred Embodiments of the Invention Figure 2 shows a schematic view of a truck with a trailer in which the present invention has been implemented. The capacitive sensor system comprises a signal generator, single signal detector and a processing device, together denoted by 1, permitted at least two sensor elements 7, in the tre the three sensor elements are shown, and to a virtual external ground 3 via a ground antenna 4. The vehicle chassis ground is an arbitrary ground point of the vehicle chassis. In the clock, the capacitive connections of the ground antenna and the sensor elements to the ground surface are indicated by dashed lines.

J ordningsantennen 4 är till exempel en plåt eller kabel som är placerad nära marken (den extema jorden).The ground antenna 4 is, for example, a plate or cable that is placed close to the ground (the extreme ground).

Enligt en föredragen utföringsforrn är jordningsantennen anpassad att monteras påundersidan av fordonet och omfattar exempelvis en metallplatta med en plan yta, vilket ärväsentligt, som är horisontalt monterad på fordonets undersida, till exempel på undersidanav fordonets bränsletank. Storleken på antennen i denna form bör vara minst ca 1 m2 föratt uppnå önskad känslighet för systemet, speciellt när det är implementerat på en lastbilmed släp. Även andra placeringar på fordonets undersida är naturligtvis möjliga.According to a preferred embodiment, the earthing antenna is adapted to be mounted on the underside of the vehicle and comprises, for example, a metal plate with a flat surface, which is essentially mounted horizontally on the underside of the vehicle, for example on the underside of the vehicle's fuel tank. The size of the antenna in this form should be at least about 1 m2 in order to achieve the desired sensitivity of the system, especially when it is implemented on a truck with a trailer. Other locations on the underside of the vehicle are of course also possible.

J ordningsantennen kan också omfatta ett ﬂertal elektriskt sammankopplade plattor. Enligten ytterligare utföringsform utgörs jordningsantennen av åtminstone en del av, eller hela,fordonets bränsletank. En förutsättning är naturligtvis att delen, eller hela, fordonstankenär isolerad från chassij orden. Chassijorden uppvisar en kapacitans för lastbilen istorleksordningen ﬂera nF, medan antennplåten uppvisar en kapacitans mot marken somär i storleksordningen två tiopotenser mindre, dvs. i storleksordningen 10 pF (0,01 nF).The ground antenna can also comprise a number of electrically interconnected plates. According to a further embodiment, the ground antenna consists of at least part of, or the whole of, the vehicle's fuel tank. A prerequisite is, of course, that part, or all, of the vehicle tank is isolated from the chassis words. The chassis ground has a capacitance for the truck in the order of magnitude ﬂ era nF, while the antenna plate has a capacitance towards the ground which is in the order of two tens of powers smaller, ie. on the order of 10 pF (0.01 nF).

J ordningsantennen har en yta som är minst 1 m2, och företrädesvis ca 1,5 m2. 8 Utsignalen från bearbetningsenheten är ett referensvärde som genereras genom att mätapotentialskillnaden AV mellan respektive sensorelement 7 och extemjorden 3 och när ettobjekt 5 (t.ex. en människa) närmar sig något sensorelement förändras dess potential.Genom att detektera potentialskillnaden och hur den förändras kan det därmed detekterasom ett objekt beﬁnner sig i närheten av sensorelementet. Ju närmare objektet beﬁnner sigdesto större blir potentialskillnaden och därmed blir det möjligt att detektera hur näraexempelvis en fotgängare beﬁnner sig fordonet, altemativt graden av ett intrång, dvs. hur nära fordonet som objektet beﬁnner sig.The ground antenna has an area of at least 1 m2, and preferably about 1.5 m2. The output signal from the processing unit is a reference value generated by measuring the potential difference AV between the respective sensor element 7 and the extreme ground 3 and when an object 5 (eg a human) approaches a sensor element, its potential changes. By detecting the potential difference and how it changes, it can thus, it is detected that an object is located in the vicinity of the sensor element. The closer the object is to the sight, the greater the potential difference and thus it becomes possible to detect how close, for example, a pedestrian is approaching the vehicle, alternatively the degree of an intrusion, ie. how close to the vehicle the object is located.

Bearbetningsanordningen kommunicerar sedan, t.ex. via kabel eller trådlöst, närhet avtraﬁkant eller intrånget till fordonets övervakningssystem 6 (eller larmsystem) som avger ett larm i beroende av detekterad situation.The processing device then communicates, e.g. via cable or wireless, proximity to the edge or intrusion into the vehicle's monitoring system 6 (or alarm system) which emits an alarm depending on the detected situation.

Uppﬁnningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till ﬁgur 3 som visar ett blockschema av det kapacitiva sensorsystemet enligt föreliggande uppﬁnning.The invention will now be described with reference to Figure 3 which shows a block diagram of the capacitive sensor system according to the present invention.

Det kapacitiva sensorsystemet för ett fordon uppvisar således en signalgenerator, ensignaldetektor, och en bearbetningsanordning. Vidare omfattar systemet enjordningsantenn anpassad att åstadkomma en virtuell extern jord för systemet och som ärelektriskt kopplad till signalgeneratorn, där jordningsantennen är anordnad på fordonet såatt den är elektriskt isolerad från fordonets chassi, har en förutbestämd storlek och är placerad ett förutbestämt avstånd från markytan som ligger i intervallet O,3-0,8 meter. Åtminstone två kapacitiva sensorelement är anordnade som vardera definierar endetektionszon (zon 1, zon 2, , zon n), och att nämnda sensorelement är anordnadegalvaniskt skilda från fordonets chassi. De kapacitanser som respektive sensorelement l-nbildar i förhållande till den extema jorden betecknas C21, C22, C23 t.o.m. C2n.The capacitive sensor system for a vehicle thus has a signal generator, single signal detector, and a processing device. Furthermore, the system comprises a grounding antenna adapted to provide a virtual external ground for the system and which is electrically connected to the signal generator, where the grounding antenna is arranged on the vehicle so that it is electrically isolated from the vehicle chassis, has a predetermined size and is located a predetermined distance from the ground surface. range 0, 3-0.8 meters. At least two capacitive sensor elements are arranged which each define a single detection zone (zone 1, zone 2,, zone n), and that said sensor elements are arranged galvanically separated from the chassis of the vehicle. The capacitances that each sensor element l-n forms in relation to the extreme earth are denoted C21, C22, C23 up to and including C2n.

En väljaranordning, en multiplexer (MUX) är anordnad och som är avsedd att inkopplanämnda kapacitiva sensorelement enligt ett förutbestämt detektionsschema i beroende aven styrsignal som påförs väljaranordningen. Styrsignalen kan till exempel vara genererad av ett överordnat styrsystem (ej visat).A selector device, a multiplexer (MUX) is provided and which is intended to connect said capacitive sensor elements according to a predetermined detection scheme in dependence on the control signal which is applied to the selector device. The control signal can, for example, be generated by a superior control system (not shown).

Signalgeneratom är anpassad generera en sensorsignal med en frekvens och en amplitudoch att påföra denna mellan varje inkopplat kapacitivt sensorelement och den extemavirtuella jorden.The signal generator is adapted to generate a sensor signal with a frequency and an amplitude and to apply this between each connected capacitive sensor element and the extreme virtual earth.

Signaldetektom är vidare anordnad att detektera och bestämma ett mått påspänningspotentialen mellan varje inkopplat sensorelement och den externa virtuella jorden och generera en mätsignal som påförs bearbetningsanordningen i beroende därav.The signal detector is further arranged to detect and determine a measure of the voltage potential between each connected sensor element and the external virtual earth and to generate a measuring signal which is applied to the processing device in dependence thereof.

Bearbetningsanordningen är anpassad att bearbeta mätsignalen och att påföra denbearbetade mätsignalen till ett larmsystem (eller övervakningssystem) som är anpassat att generera en eller ﬂera larmsignaler i beroende av den bearbetade mätsignalen.The processing device is adapted to process the measurement signal and to apply the processed measurement signal to an alarm system (or monitoring system) which is adapted to generate one or ﬂ your alarm signals depending on the processed measurement signal.

Signalgeneratom är anpassad att generera en sensorsignal med en frekvens somföreträdesvis ligger i intervallet 2-20 kHz och som har en amplitud i intervallet 2-20 V,och mera föredraget en sensorsignal med en frekvens på ca. 10 kHz och en arnplitud på ca.10 V. Naturligtvis kan sensorsignaler som har en frekvens och en amplitud utanför dessavärden användas. För att mätningen skall ske med ett så bra signal/brusförhållande sommöjligt sker den, enligt en föredragen utföringsform, med så kallad frekvenshoppningsteknik, dvs. frekvensen ändras enligt ett bestämt mönster.The signal generator is adapted to generate a sensor signal with a frequency which is preferably in the range 2-20 kHz and which has an amplitude in the range 2-20 V, and more preferably a sensor signal with a frequency of approx. 10 kHz and an amplitude of approx. 10 V. Of course, sensor signals having a frequency and an amplitude outside these values can be used. In order for the measurement to take place with as good a signal / noise ratio as possible, it takes place, according to a preferred embodiment, with so-called frequency hopping technique, ie. the frequency changes according to a certain pattern.

Enligt en utföringsform bearbetar bearbetningsanordningen mätsignalen från respektivesensorelement genom att bestämma derivatan för förändringen av mätsignalen, och enligten annan utföringsforrn bearbetar bearbetningsanordningen mätsignalen genom attförstärka denna och generera ett absolutvärde för förändringen. Även mer kompliceradebearbetningar av mätsignalen kan göras, exempelvis kan nivåskillnaden mellan två olikaglidande medelvärden för mätsignalen bestämmas, en långsam som anpassar sig efter yttreomständigheter och en snabb som är själva mätsignalen.According to one embodiment, the processing device processes the measurement signal from respective sensor elements by determining the derivative of the change of the measurement signal, and according to another embodiment, the processing device processes the measurement signal by amplifying it and generating an absolute value for the change. Even more complicated processing of the measurement signal can be done, for example the level difference between two different moving averages of the measurement signal can be determined, a slow one which adapts to external circumstances and a fast one which is the measurement signal itself.

Exempel på mätsignaler med långsamt respektive snabbt glidande medelvärde visas i figur4. För signalen med långsarnt glidande medelvärde (heldragen linje) sker mätningentypiskt med värden som detekterats under någon eller några sekunder. Vid snabb glidandemedelvärde (streckad linje) sker mätningen under någon eller några millisekunder upp till 50 ms. I ﬁguren har skillnaden i amplitud (A) indikerats med en dubbelpil, samt derivatan för respektive signal. Genom att jämföra amplitudskillnaden och/eller skillnaden i derivatavid samma tidpunkt med lämpliga tröskelvärden erhålles en snabb och säker detektering.Larmsystemet är således anpassat att jämföra mätsignalen, eller parametrar beroende avmätsignalen, t.ex. enligt ovan beskrivna metod där amplitudskillnad och/eller skillnaden iderivata, från respektive sensorelement med en eller ﬂera tröskelnivåer som är unika förrespektive sensorelement, och att generera en eller ﬂera larmsignaler i beroende av denna jämförelse.Examples of measurement signals with slow and fast moving averages are shown in Figure 4. For the signal with longitudinal moving average value (solid line), measurement typically takes place with values detected for a few seconds. At fast moving average value (dashed line) the measurement takes place during one or a few milliseconds up to 50 ms. In the clock, the difference in amplitude (A) is indicated by a double arrow, as well as the derivative of each signal. By comparing the amplitude difference and / or the difference in derivatives at the same time with suitable threshold values, a fast and safe detection is obtained. The alarm system is thus adapted to compare the measurement signal, or parameters depending on the measurement signal, e.g. according to the method described above where the amplitude difference and / or the difference are derivative, from each sensor element with one or ﬂ your threshold levels which are unique for each sensor element, and to generate one or ﬂ your alarm signals in dependence on this comparison.

Larrnsignalen eller larmsignalema som genereras skall tolkas generellt och kan, enligt entillämpning, innebära att föraren görs uppmärksam på att en fotgängare eller en cyklistbeﬁnner sig nära fordonet i en viss position som indikeras. Enligt en annan tillämpning,när sensorsystemet används som skalskydd, kan larrnsignalen eller larmsignalemainnebära att en obehörig person närmar sig fordonet som står parkerat, och att personennärmar sig från en speciell riktning, vilket indikeras av ett sensorelement som övervakar just den riktningen. lnkopplingen av de kapacitiva sensorelementen sker alltså med användning av välj aranordningen som enligt ett detektionsschema kopplar in sensorelementen.Detektionsschemat omfattar tidpunkt och varaktighet för inkoppling av respektivesensorelement. Detta sker företrädesvis med en frekvens som ligger i intervallet 20-100Hz, dvs. varje sensorelement är inkopplat i intervallet 10-50 ms. Man kan naturligtvisvälja en inkopplingsfrekvens som ligger utanför detta intervall beroende på vilkentillämpning som är aktuell inom ramen för föreliggande uppﬁnning, dvs. frekvenser lägreän 20 Hz och högre än 100 Hz.The alarm signal or alarms generated must be interpreted in general and may, according to one application, mean that the driver is made aware that a pedestrian or a cyclist is approaching the vehicle in a certain position that is indicated. According to another application, when the sensor system is used as a shell protection, the alarm signal or alarm signals may mean that an unauthorized person approaches the vehicle that is parked, and that persons approach from a special direction, which is indicated by a sensor element that monitors that particular direction. The connection of the capacitive sensor elements thus takes place using the selector device which, according to a detection scheme, connects the sensor elements. The detection scheme comprises the time and duration for connection of the respective sensor elements. This is preferably done with a frequency which is in the range 20-100Hz, i.e. each sensor element is connected in the interval 10-50 ms. One can of course choose a switching frequency which is outside this range depending on which application is relevant within the scope of the present invention, ie. frequencies lower than 20 Hz and higher than 100 Hz.

Enligt ytterligare en utföringsforrn kan varaktighetema för olika sensorelementsinkopplingstider vara olika långa. Dessutom kan vissa sensorelement inkopplas oftare, detkan till exempel vara sensorelement som är anordnade vid fordonets front. Allt detta är möjligt att ändra och ställa in via detektionsschemat.According to a further embodiment, the durations of different sensor element connection times can be different lengths. In addition, some sensor elements can be connected more often, for example sensor elements which are arranged at the front of the vehicle. All this can be changed and set via the detection scheme.

De kapacitiva sensorelementen måste således vara galvaniskt isolerade frånfordonschassiet och kan enligt en föredragen utföringsfonn utgöras av en isolerad elektriskt ledare som till exempel anordnats i slingor så att en effektiv detektoryta bildas. ll Om slingoma anordnats förhållandevis nära varandra blir räckvidden för sensorelementetlängre men zonen som elementet omfattar blir smalare jämfört med ett sensorelement därslingoma ligger på längre avstånd från varandra men som då har en kortare räckvidd för ett givet antal slingor.The capacitive sensor elements must thus be galvanically insulated from the vehicle chassis and can, according to a preferred embodiment, consist of an insulated electrical conductor which is arranged, for example, in loops so that an effective detector surface is formed. ll If the loops are arranged relatively close to each other, the range of the sensor element becomes longer but the zone which the element comprises becomes narrower compared to a sensor element where the loops are longer distances from each other but which then have a shorter range for a given number of loops.

Enligt en arman utföringsform kan en eller ﬂera sensorelement utgörs av en fordonsdel.Det kan till exempel vara delar av fronten som galvaniskt isoleras från fordonschassiet,hela eller delar av kofångaren, eller så kallade underkömingsskydd som monteras längs sidoma av fordonet för att undvika att någon hamnar under fordonet.According to another embodiment, one or more of the sensor elements may consist of a vehicle part. It may, for example, be parts of the front which are galvanically insulated from the vehicle chassis, all or parts of the bumper, or so-called underrun protection mounted along the sides of the vehicle to avoid under the vehicle.

Ett eller ﬂera sensorelement anordnas, enligt en utföringsform, vid speciella delar avfordonet som önskas skyddas, till exempel i anslutning till fordonets tank, batterier, xenonljus, extraljus eller delar hos hytten.One or more of the sensor elements are arranged, according to one embodiment, at special parts of the vehicle which are to be protected, for example in connection with the vehicle's tank, batteries, xenon lights, auxiliary lights or parts of the cab.

Generellt består sensorelementet av ett elektriskt ledande material, exempelvis en vanligelkabel eller ledande färg, som exempelvis kan monteras på insidan av plastdetaljer påutsidan av hytten där detektion är önskvärd. Sensorelementens ideala form är en plan skiva av en metall som isolerats i förhållande till fordonets chassi.Generally, the sensor element consists of an electrically conductive material, for example an ordinary electric cable or conductive paint, which can for instance be mounted on the inside of plastic details on the outside of the cab where detection is desired. The ideal shape of the sensor elements is a flat disc of a metal insulated in relation to the vehicle's chassis.

För alla olika typer av sensorelement som beskrivits här gäller att de är elektriskt anslutnatill signalgeneratom och signaldetektorn med en isolerad kabel. Vissa delar av kabelnmåste vara skärrnad, det gäller till exempel då den passerar genom delar avfordonschassiet. För att erhålla bästa mätresultat avseende signal/brusförhållandet är företrädesvis hela kabeln skärmad.For all different types of sensor elements described here, they are electrically connected to the signal generator and the signal detector with an insulated cable. Some parts of the cable must be cut, for example when it passes through parts of the vehicle chassis. In order to obtain the best measurement results regarding the signal-to-noise ratio, the entire cable is preferably shielded.

Figur 6 är en schematisk bild av en lastbil illustrerande ett antal schematiskt markerademätzoner Zl -Z6 som åstadkommits genom det kapacitiva sensorsystemet enligtföreliggande uppﬁnning.Figure 6 is a schematic view of a truck illustrating a number of schematic marker measurement zones Z1 -Z6 provided by the capacitive sensor system of the present invention.

Mätzon Zl omfattar ett område framför fordonet och har företrädesvis en räckvidd istorleksordningen upp till en ca. två meter. Mätzonema på fordonets högra sida, Z2 ochZ3, kan i vissa tillämpningar vara inställda för detektion med högre känslighet än zonerna på fordonets vänstra sida. Anledningen är att sikten för föraren av fordonets högra sida är 12 begränsad vilket gör att vid till exempel högersvängar (i fall med högertraﬁk och dåföraren sitter till vänster i fordonet) kan trafikfarliga situationer inträffa medgångtrafikanter och cyklister.Measuring zone Z1 comprises an area in front of the vehicle and preferably has a range in the order of magnitude up to an approx. two meters. The measuring zones on the right side of the vehicle, Z2 and Z3, may in some applications be set for detection with higher sensitivity than the zones on the left side of the vehicle. The reason is that the visibility for the driver of the right side of the vehicle is limited, which means that in, for example, right turns (in cases of right-hand traffic and the driver is sitting to the left of the vehicle) dangerous traffic situations can occur with road users and cyclists.

Genom att ändra i detektionsschemat enligt de förutsättningar som gäller för varje enskiltfordon kan mätningen på ett enkelt sätt anpassas till de speciella önskemål som föreligger,till exempel avseende höjning av detektionskänsligheten för vissa zoner. I ﬁgur 6 har sexolika mätzoner illustrerats men det ﬁnns inget som hindrar att utöka antalet zoner för attåstadkomma en högre upplösning för positionsbestämningen av traﬁkanter i närheten av fordonet.By changing the detection schedule according to the conditions that apply to each individual vehicle, the measurement can be easily adapted to the special requirements that exist, for example regarding increasing the detection sensitivity for certain zones. In Figure 6, six different measurement zones have been illustrated, but there is nothing to prevent increasing the number of zones in order to achieve a higher resolution for the position determination of tractors in the vicinity of the vehicle.

Föreliggande uppﬁnning är inte begränsad till ovan-beskrivna föredragna utföringsformer.Olika altemativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utföringsformer skalldärför inte betraktas som begränsande uppﬁnningens skyddsomfång vilket definieras av de bifogade patentkraven.The present invention is not limited to the above-described preferred embodiments. Various alternatives, modifications, and equivalents may be employed. The above embodiments are therefore not to be construed as limiting the scope of the invention, which is defined by the appended claims.

Claims

Capacitive sensor system (1, 4, 6, 7) for a vehicle, the system comprising a single signal generator, a signal detector, and a processing device, characterized in that the sensor system comprises a ground antenna (4) adapted to provide a virtual external ground for the system and which is electrically connected to the signal generator, the grounding antenna being arranged on the vehicle so that it is electrically isolated from the vehicle chassis, has a predetermined size and is located a predetermined distance from the ground, the system further comprises at least two capacitive sensor elements (7) each defining a detection element, and are selected galvanically separated from the chassis of the vehicle, a selecting device intended to connect said capacitive sensor elements according to a predetermined detection scheme depending on a control signal applied to the selecting device, and that the signal generator is adapted to generate a sensor signal with a frequency and an amplitude between capacitive sensor element and the virtual earth, and that the signal detector is adapted to detect and determine a measure of the voltage potential between them and generate a measuring signal which is applied to the processing device accordingly, the processing device being adapted to process the measuring signal and to apply the measured signal to is adapted to generate one or more alarm signals depending on the processed measurement signal.

A capacitive sensor system according to claim 1, wherein said detection scheme comprises the time and duration of connection of the respective capacitive sensor element.

Capacitive sensor system according to claim 1 or 2, wherein the selecting device is arranged to connect the sensor elements with a frequency in the range 20-100 Hz, i.e. each sensor element is connected in the interval 10-50 ms.

Capacitive sensor system according to any one of claims 1-3, wherein the alarm system is adapted to compare the measurement signal from each sensor element with one or ﬂ your threshold levels unique to each sensor element, and to generate one or ﬂ your 14 alarm signals depending on this comparison.

Capacitive sensor system according to any one of claims 1-4, wherein the signal generator is adapted to generate a sensor signal with a frequency in the range 2-20 kHz and an amplitude in the range 2-20 V.

A capacitive sensor system according to claim 5, wherein the signal generator is adapted to generate a sensor signal with a frequency of approx. 10 kHz and an amplitude of approx. 10 V.

A capacitive sensor system according to any one of claims 1-6, wherein said sensor element consists of an insulated electrical conductor arranged in loops so that an effective detector surface is formed.

A capacitive sensor system according to any one of claims 1-6, wherein said sensor element consists of a vehicle part.

Capacitive sensor system according to any one of claims 1-8, wherein one or ﬂ your sensor elements are adapted to be arranged in connection with the front of the vehicle.

Capacitive sensor system according to any one of claims 1-8, wherein one or ﬂ your sensor elements are adapted to be arranged in connection with the vehicle's tank.