SE538227C2

SE538227C2 - Capacitive sensor system

Info

Publication number: SE538227C2
Application number: SE1050582A
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: EP2577867A4; EP2577867A1; RU2012157241A; SE1050582A1; BR112012030054A2; KR20130032325A; KR101496431B1; CN102934360A; WO2011155891A1

Abstract

Kapacitivt sensorsystem for ett fordon uppvisande en chassijord, en signalgenerator, ensignaldetektor, och en bearbetningsanordning, där signalgeneratom är anpassad attgenerera en sensorsignal med en frekvens och en amplitud som päförs mellan chassijordenoch en virtuell extem jord. Systemet omfattar en jordningsantenn anpassad attåstadkomma den virtuella extema jorden och som är elektriskt kopplad tillsignalgeneratom, varvid j ordningsantennen är anordnad pä fordonet så att den är elektrisktisolerad från chassij orden, har en forutbestämd storlek och är placerad ett förutbestämtavstånd från markytan. Signaldetektom är anpassad att detektera och bestämma ett mätt påspänningspotentialen mellan chassij orden och den extema virtuella jorden, och genereraen mätsignal beroende därav och päfora denna till bearbetningsanordningen, varvidbearbetningsanordningen är anpassad att bearbeta mätsignalen och att päfora denbearbetade mätsignalen till ett larrnsystem som är anpassat att generera en eller flera larrnsignaler i beroende av den bearbetade mätsignalen. (Figur 2) Capacitive sensor system for a vehicle having a chassis ground, a signal generator, single signal detector, and a processing device, wherein the signal generator is adapted to generate a sensor signal having a frequency and an amplitude applied between the chassis ground and a virtual extreme ground. The system comprises a ground antenna adapted to provide the virtual external ground and which is electrically connected to the signal generator, the ground antenna being arranged on the vehicle so that it is electrically isolated from the chassis words, has a predetermined size and is located a predetermined distance from the ground. The signal detector is adapted to detect and determine a measured voltage potential between the chassis words and the extreme virtual earth, and generate a measurement signal depending thereon and apply it to the processing device, the processing device being adapted to process the measurement signal and to apply the processed signal to a or more alarm signals depending on the processed measurement signal. (Figure 2)

Description

Titel Kapacitivt sensorsystem Uppfinningens område Föreliggande uppfinning avser ett kapacitivt sensorsystem enligt ingressen av det oberoende patentkravet. Title Capacitive sensor system Field of the invention The present invention relates to a capacitive sensor system according to the preamble of the independent claim.

Bakgrund till uppfinningen Inbrott och stölder ur lastbilar, trailers och släp har blivit ett stort problem eftersomvärdeﬁlllt gods fraktas på väg relativt oskyddat. Dessa stölder och inbrott medför storakostnader för åkerinäringen och försäkringsbolag. Dessutom bidrar detta även till attförare kärmer sig osäkra när de sover i lastbilen. Lås- och larmsystem är en vanlig typ avåtgärd för att skydda fordonet mot inbrott och stölder men det ﬁnns dock begränsningar hos dagens system som gör det svårt att åstadkomma ett tillfredsställande skydd.Background of the invention Burglary and theft from trucks, trailers and trailers have become a major problem as the value of all goods is transported on the road relatively unprotected. These thefts and burglaries entail large costs for the haulage industry and insurance companies. In addition, this also contributes to drivers feeling insecure when sleeping in the truck. Locking and alarm systems are a common type of precaution to protect the vehicle against burglary and theft, but there are limitations in today's systems that make it difficult to achieve satisfactory protection.

Dagens lösning på skalskydd för lastbilar bygger på att hyttens dörrar och luckorövervakas av larmsystemet. I vissa fall har även lastbilens lastrumsdörr dennaövervakning. Med denna lösning av skalskydd detekteras intrång då någon av hyttensdörrar eller luckor öppnas. Det är en vanlig lösning som idag erbjuds av Scania och även av andra lastbilstillverkare.Today's solution for shell protection for trucks is based on the cab doors and hatches being monitored by the alarm system. In some cases, the truck's load compartment door also has this monitoring. With this solution of shell protection, intrusion is detected when one of the cab doors or doors is opened. This is a common solution that is currently offered by Scania and also by other truck manufacturers.

En nackdel kan konstateras hos många av de skalskydd som finns för lastbilar är attskalskyddet ofta inte anpassats för att övervaka trailers eller släp eller att de kräver dyraanpassningar för att åstadkomma detta. Dessutom är dessa system ofta inte anpassade föranvändning på bussar. För övervakning av trailer och släp ﬁnns idag ingen bra lösningeftersom dragfordon ofta byter trailer och släp. Problemet är att alla trailers och släp måstevara utrustade med sensorer för övervakningen samt att de ska vara integrerade meddragfordonets övervakningssystem. En känd lösning på problemet visas i WO- 2008/ 121041 som avser ett övervaknings- och kommunikationssystem för ett fordon, isynnerhet för ett långt fordon. Ljusenheter, t.ex. varselljus och positionsljus, på fordonet ärförsedda med övervakningssensorer och kommunikationsenheter för att trådlöst kommunicera utsignaler från sensorema till en centralenhet. Varje sensor definierar en 2 övervakningszon for detektering av ett objekt eller en rörelse i övervakningszonen.Sensorema kan t.ex. vara ultraljudssensorer, Dopplersensorer eller radarsensorer.WO-2008/ 121041 avser att lösa problemet med hur sensorerna för att övervaka ett fordonkommunicerar med varandra, i synnerhet för långa fordon, och denna lösningåstadkommes med ett trådlöst nätverk som kan kompletteras med ytterligare ljusenheter,som sitter t.ex. på släp. En nackdel med lösningen enligt WO-2008/121041 är att den ärrelativt dyr eftersom komponenter och teknik kräver anpassning av dragfordonets övervakningssystem.A disadvantage can be found in many of the shell guards available for trucks, the shell guard is often not adapted to monitor trailers or trailers or that they require animal adaptations to achieve this. In addition, these systems are often not adapted for pre-use on buses. There is currently no good solution for monitoring trailers and trailers, as towing vehicles often change trailers and trailers. The problem is that all trailers and trailers must be equipped with sensors for 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 particular for a long vehicle. Lighting devices, e.g. warning lights and position lights, on the vehicle are equipped with monitoring sensors and communication units for wirelessly communicating output signals from the sensors to a central unit. Each sensor defines a 2 monitoring zone for detecting an object or a movement in the monitoring zone. The sensors can e.g. be ultrasonic sensors, Doppler sensors or radar sensors.WO-2008/121041 intends 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 that can be supplemented with additional light units, which are t .ex. on trailers. A disadvantage of the solution according to WO-2008/121041 is that it is relatively expensive because components and technology require adaptation of the towing vehicle's monitoring system.

US-2006/0250230 avser en metod for 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 en 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 a first, outer subzone and a second, inner subzone. The reaction device is activated stepwise with respect to amount, 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-2007/0205 775 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 matningsspärming ochatt en utvärderingsanordning är anordnad och kopplad till probema för att bearbeta probesignalema till en utsignal som utgör ett mått på positionen för objektet.US-2007/0205 775 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 to process the probe signals into an output signal which is a measure of the position of the object.

En kapacitiv närhetssensor (proximity sensor) tillhör en grupp sensorer som kallasnärhetssensorer som detekterar föremål utan att beröra dem. Exempel på andranärhetssensorer är fotoelektriska och induktiva närhetssensorer. Den kapacitivanärhetssensom detekterar objekt baserat på dess dielektriska beskaffenhet, och har många användningsområden som utnyttjar denna egenskap. 3 Huvudbeståndsdelen för en kapacitiv närhetssensor är en kondensatorplatta, dvs. hälftenav en kondensator.A proximity sensor belongs to a group of sensors called proximity sensors that detect objects without touching them. Examples of proximity sensors are photoelectric and inductive proximity sensors. The capacitance proximity sensor detects objects based on its dielectric nature, and has many uses that utilize this property. 3 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 spänning 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 Faradvilket 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 capacitor's capacity for storing charges is called capacitance and is measured in Farad, 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.A typical use of capacitive sensors is in the food industry where you want to detect if a container is filled with a food.

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 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 l visar schematiskt ett exempel på en kapacitiv sensoranordning som omfattar enoscillator som påförs en likspänning och avger en växelström till en kondensatorplatta viaen strömsensor. Kondensatorplattan kan hålla en laddning eftersom, när en platta har laddats positivt, attraheras negativa laddningar till den andra plattan, vilket medför att 4 ännu mer positiv laddning kan tillföras den första plattan. Såvida inte båda plattornaexisterar 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 voltage and emits an alternating current to a capacitor plate via the current sensor. The capacitor plate can hold a charge because, when a plate has been 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 plattoma 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 fungerar 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 strömsensorn.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 functions as 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 avnackdelarna 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, ochpositionen för sensom, som detekterar objektet. Avsaknaden av riktningskänsligheten är isjälva verket önskvärd eftersom den kan detektera objekt som beﬁnner sig mellan sensorer och väldigt nära fordonet.A practical system has many sensors regularly scattered along the outside of the vehicle. This means that there is always a sensor close to the object, which means that a relatively limited range is sufficient and that an object can always be located through the sensor and position of the sensor that detects the object. The lack of directional sensitivity is in fact desirable because it can detect objects that are located between sensors and very close to the vehicle.

På grund av avsaknaden av riktningskänslighet mäter den kapacitiva sensom en visskapacitans från objekt i omgivningen som alltid är närvarande och som därför saknarintresse. När sensom 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 objektets kapacitans, och ocksåär utsatt för drift, är det mycket enklare att använda sensom för att detektera förändringen iomgivningen än att detektera absolut närvaro eller frånvaro av ett okänt objekt. Storleken på förändringen av bakgrundskapacitansen beror på hur stabil omgivningen 5 Vid en användningsmode som detekterar förändring är sensorn inte att betrakta som en närvarodetektor utan snarare som en detektor som detekterar förändring av närvaro.Because the background capacitance is large relative to the object's capacitance, and is also subject 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 which detects change of presence.

En nackdel med de larmsystem som används idag är att det är relativt komplicerat ochkostsamt att anpassa systemet till ett fordon där olika släp kopplas på. Vidare är dagenssystem ofta svåra att installera på bussar pga. varierande antal dörrar, förvaringsluckor, etc., vilket medför kostsamma installationer.A disadvantage of the alarm systems used today is that it is relatively complicated and costly to adapt the system to a vehicle where different trailers are connected. Furthermore, current systems are often difficult to install on buses due to. varying number of doors, storage hatches, etc., which entails costly installations.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sensorsystem som är enkelt ochbilligt att installera både på lastbilar och bussar och som, i synnerhet, inte kräver extra anpassning då ett släp kopplas till en lastbil.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, does not require additional adaptation when a trailer is coupled to a truck.

Sammanfattning av uppﬁnningenOvan nämnda syften åstadkommes med uppfinningen deﬁnierad av det oberoende patentkravet.SUMMARY OF THE INVENTION The above objects are achieved by the invention as defined by the independent claim.

Föredragna utföringsformer deﬁnieras av de beroende patentkraven.Preferred embodiments are claimed by the dependent claims.

Uppﬁnningen avser en anordning för skalskydd för fordon med eller utan trailer/släp.Enligt uppﬁnningen utnyttjas ett kapacitivt sensorsystem som gör det möjligt att detekteraintrång i en zon som sensorn skapar runt fordonet. Sensom är kopplad till fordonetsövervakningssystem som slår larm med hjälp av t.ex. ljus, ljud eller via telematik. Med denna teknik skyddas hela fordonet inklusive godtycklig trailer eller släp.The invention refers to a device for shell protection for vehicles with or without a trailer / trailer. According to the invention, a capacitive sensor system is used which makes it possible to detect intrusion in a zone that the sensor creates around the vehicle. The sensor is connected to a vehicle monitoring system that sounds an alarm using e.g. light, sound or via telematics. With this technology, the entire vehicle is protected, including any trailer or trailer.

Med föreliggande uppﬁnning uppnås ett utökat skalskydd för dragfordon med godtyckligtrailer eller släp. När släp kopplas på ett dragfordon ökas kapacitansen, men eftersomsensorn kalibrerar sig automatiskt, genom att även släpet kopplas till dragfordonetschassijord, kommer den att anpassa sig automatiskt om släp påkopplas.With the present invention, an extended shell protection is achieved for towing vehicles with any trailer or trailer. When a trailer is coupled to a towing vehicle, the capacitance is increased, but the after-sensor automatically calibrates, by also coupling the trailer to the towing vehicle chassis ground, it will adapt automatically if the trailer is switched on.

Med det kapacitiva sensorsystemet går det att åstadkomma en vamingssignal som kananpassas med avseende på graden av intrång. Det är vidare möjligt att efterrnontera systemet tillsammans med beﬁntliga övervakningssystem. Vidare kan systemet tillämpas 6 på andra fordon, t.ex. bussar, samt även på exempelvis mobila elkraftverk och är enklare och därmed billigare än många av dagens system eftersom antalet sensorer kan reduceras.With the capacitive sensor system it is possible to provide a warning signal which can be adapted with respect to the degree of intrusion. It is also possible to retrofit the system together with permanent monitoring systems. Furthermore, the system can be applied 6 to other vehicles, e.g. buses, as well as at, for example, mobile electric power plants and is simpler and thus cheaper than many of today's systems because the number of sensors can be reduced.

Förenklat fungerar systemet så att när en person som kommer nära lastbilen eller släpetkommer denne att bidra till en ökad kapacitans i förhållande till marken. Detta medför enförändring, en ökning, av spärmingsdelningen mellan chassijord och den virtuella jorden, och därigenom en förändring av mätsignalen.Simplified, the system works so that when a person gets close to the truck or trailer, he will contribute to an increased capacitance in relation to the ground. This entails a change, an increase, in the splitting division between the chassis ground and the virtual ground, and thereby a change in the measurement signal.

Kort ritningsbeskrivning Figur 1 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 where 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.Figure 4 shows a diagram illustrating measurement signals according to the present invention.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer 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 tillen chassijord 2 som är en godtycklig jordpunkt på fordonets chassi samt till en virtuell extem jord 3 via en jordningsantenn 4.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, connected to chassis ground 2 which is an arbitrary ground point on the vehicle chassis and to a virtual extreme ground 3 via a ground antenna 4.

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

Enligt en utföringsform är antennen i form av en plåt fastsatt under bränsletanken så attden är galvaniskt isolerad från denna, till exempel genom en gummimatta eller liknande.Storleken på antennen i denna form bör vara minst ca 1 m2 för att uppnå önskad känslighetför systemet, speciellt när det är implementerat på en lastbil med släp. Det skulle även vara möjligt att använda bränsletanken i sig som antenn förutsatt att den är galvaniskt skild 7 från chassiet samt att storleken och avståndet till marken är tillräckligt. Vidare vore det möjligt att finna andra fästpunkter såsom under ljuddämparen.According to one embodiment, the antenna in the form of a plate is fixed under the fuel tank so that it is galvanically insulated therefrom, for example by a rubber mat or the like. The size of the antenna in this form should be at least about 1 m2 to achieve the desired sensitivity to the system, especially when it is implemented on a truck with a trailer. It would also be possible to use the fuel tank itself as an antenna provided that it is galvanically separated 7 from the chassis and that the size and distance to the ground are sufficient. Furthermore, it would be possible to find other attachment points such as under the muffler.

Utsignalen från bearbetningsenheten är ett referensvärde som genereras genom att mätapotentialskillnaden AV mellan chassijorden 2 och extemjorden 3 och när ett objekt 5 (t.ex.en människa) närmar sig någon del som är förbunden med chassijorden förändraschassijordens potential. Genom att detektera potentialskillnaden och hur den förändras kandet därmed detekteras om ett objekt beﬁnner sig i närheten av chassiet. Ju närmareobjektet beﬁnner sig desto större blir potentialskillnaden och därmed blir det möjligt att detektera graden av intrång, dvs. hur nära fordonet som objektet befinner sig.The output signal from the processing unit is a reference value generated by measuring the potential difference AV between the chassis ground 2 and the extreme ground 3 and when an object 5 (eg a human) approaches any part connected to the chassis ground changes the potential of the chassis ground. By detecting the potential difference and how it changes, it can be detected if an object settles in the vicinity of the chassis. The closer the object settles, the greater the potential difference and thus it becomes possible to detect the degree of intrusion, ie. how close to the vehicle the object is.

Eftersom en påkopplad trailer eller släpvagn kan anses var elektriskt förbunden medfordonets chassi kommer även chassijorden omfatta släpet/trailem. Objektet kommer därför att påverka potentialskillnaden även om objektet närmar sig släpet/trailem.Since a coupled trailer or trailer can be considered to be electrically connected to the chassis of the vehicle, the chassis ground will also include the trailer / trailer. The object will therefore affect the potential difference even if the object approaches the trailer / trailem.

Sensom kommunicerar, t.ex. elektriskt eller trådlöst, sedan intrånget till fordonets övervakningssystem 6 som avger ett larm i beroende av detekterad situation.Sensom communicates, e.g. electrically or wirelessly, then the intrusion into the vehicle's surveillance system 6 which emits an alarm depending on the detected situation.

Med hänvisning till figur 3, som visar ett blockschema som schematiskt illustrerar detkapacitiva sensorsystemet för ett fordon enligt föreliggande uppfinning, uppvisarsensorsystemet en chassijord, en signalgenerator, en signaldetektor, och en bearbetningsanordning.Referring to Figure 3, there is shown a block diagram schematically illustrating the capacitive sensor system of a vehicle according to the present invention, the sensor system showing a chassis ground, a signal generator, a signal detector, and a processing device.

Signalgeneratom är anpassad att generera en sensorsignal med en frekvens och enamplitud som påförs mellan chassij orden och en virtuell extern jord.The signal generator is adapted to generate a sensor signal with a frequency and amplitude which is applied between the chassis words and a virtual external ground.

Sensorsignal har företrädesvis en frekvens som ligger i intervallet 2-20 kHz, exempelvisca. 10 kHz, och en amplitud i intervallet 2-20 V, exempelvis ca. 10 V. För att mätningenskall ske med ett så bra signal/brusförhållande som möjligt sker den, enligt en föredragenutföringsform, med så kallad frekvenshoppningsteknik, dvs. frekvensen ändras enligt ett bestämt mönster. 8 Systemet omfattar vidare en jordningsantenn anpassad att åstadkomma den virtuellaexterna jorden och som är elektriskt kopplad till signalgeneratom. J ordningsantennen äranordnad på fordonet så att den är elektriskt isolerad från chassij orden. Antennen har en förutbestämd storlek och är placerad ett förutbestämt avstånd från markytan.Sensor signal preferably has a frequency which is in the range 2-20 kHz, for example approx. 10 kHz, and an amplitude in the range 2-20 V, for example approx. V. 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. The system further comprises a ground antenna adapted to provide the virtual external ground and which is electrically connected to the signal generator. The ground antenna is arranged on the vehicle so that it is electrically isolated from the chassis words. The antenna has a predetermined size and is located a predetermined distance from the ground.

Chassijorden uppvisar en kapacitans för lastbilen i storleksordningen ﬂera nF och sammaför släpet, medan antennplåten uppvisar en kapcitans mot marken som är i storleksordningen två tiopotenser mindre, dvs. i storleksordningen 10 pF (0,01 nF).The chassis ground has a capacitance for the truck in the order of ﬂ era nF and together with the trailer, while the antenna plate has a capacitance towards the ground which is in the order of two ten powers less, ie. on the order of 10 pF (0.01 nF).

Enligt en föredragen utföringsform 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. Även andra placeringar på fordonets undersida är naturligtvismöjliga. J ordningsantennen kan också omfatta ett ﬂertal elektriskt sammankoppladeplattor. Enligt en ytterligare utföringsforrnen utgörs jordningsantennen av åtminstone endel av, eller hela, fordonets bränsletank. En förutsättning är naturligtvis att delen, eller hela, fordonstanken är isolerad från chassijorden.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 substantially mounted horizontally on the underside of the vehicle, for example on the underside of the vehicle's fuel tank. Of course, other locations on the underside of the vehicle are also possible. The ground antenna can also comprise a number of electrically interconnected plates. According to a further embodiment, the earthing 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 ground.

J ordningsantennen har, som nämnts ovan, en yta som är minst 1 m2, och företrädesvis ca 1,5 m2.The ground antenna has, as mentioned above, an area of at least 1 m2, and preferably about 1.5 m2.

Formen på jordningsantennen har mindre betydelse, däremot har ytan den spärmer upp ochavstånd till marken en betydande inverkan. Ju större plattan är och ju närmare marken denär placerad desto högre kapacitans (jordkoppling) erhålls. Det är eftersträvansvärt att ha en så stor skillnad i kapacitans mellan chassijord och referensjord som möjligt.The shape of the ground antenna is less important, however, the surface it supports and the distance to the ground have a significant impact. The larger the plate and the closer to the ground it is placed, the higher the capacitance (earth connection) is obtained. It is desirable to have as large a difference in capacitance between chassis ground and reference ground as possible.

När det gäller dimensionering av storleken på antennen, så är den beroende av den minstatillåtna skillnaden i kapacitans mellan chassij ord och ”antennjord”. En storlek på plåt som visade goda resultat för en lastbil med släp var ca 0,8m x 1,6m. 9 Enligt en annan utföringsforrn utgörs jordningsantennen av en elektriskt isolerad kabelsom anordnats så att den effektiva ytan ger en motsvarande kapacitans som en metallplatta.When it comes to dimensioning the size of the antenna, it depends on the minimum allowable difference in capacitance between the chassis word and "antenna ground". A size of sheet metal that showed good results for a truck with a trailer was about 0.8m x 1.6m. According to another embodiment, the ground antenna consists of an electrically insulated cable which is arranged so that the effective surface provides a corresponding capacitance as a metal plate.

J ordningsantennen är anpassad att placeras ett förutbestämt avstånd från markytan somligger i intervallet 0,3-0,8 meter och är vidare försedd med ett elektriskt isolerande lagereller skikt, t.ex. en gummimatta, anordnat på den sida som är vänd mot fordonschassiet dåantennen monterats på fordonet. Avståndet mellan plattan (antennen) och bränsletanken ärföreträdesvis i storleksordningen ca 10 mm och antennen är isolerad med en gummimattaeller med gummidistanser. Det viktiga här är att plattan är galvaniskt skild från tanken ochatt man försöker undvika krypströmmar mellan tank och platta. Det elektriskt isolerande lagret kan innesluta båda sidoma av plåten men det är ej nödvändigt.The ground antenna is adapted to be placed at a predetermined distance from the ground surface which lies in the range 0.3-0.8 meters and is further provided with an electrically insulating layer or layer, e.g. a rubber mat, arranged on the side facing the vehicle chassis when the antenna is mounted on the vehicle. The distance between the plate (antenna) and the fuel tank is preferably in the order of about 10 mm and the antenna is insulated with a rubber mat or with rubber spacers. The important thing here is that the plate is galvanically separated from the tank and that you try to avoid creep currents between tank and plate. The electrically insulating layer can enclose both sides of the plate but it is not necessary.

Storleken på antennen är sådan att den kapacitans (Cl i ﬁgur 3) som bildas i förhållandetill markytan normalt är approximativt två tiopotenser lägre än den kapacitans som bildasmellan fordonschassiet och markytan (C2 i ﬁgur 3). Då ett objekt, t.ex. en märmiska, närmar sig fordonet kommer C2 att minska.The size of the antenna is such that the capacitance (C1 in Figure 3) formed in relation to the ground surface is normally approximately two tenths of a power lower than the capacitance formed between the vehicle chassis and the ground surface (C2 in Figure 3). When an object, e.g. a mermaid, approaching the vehicle, C2 will decrease.

Signaldetektom är anpassad att detektera och bestämma ett mått på spänningspotentialenmellan chassij orden och den extema virtuella jorden, och generera en mätsignal beroende därav och påföra denna till bearbetningsanordningen.The signal detector is adapted to detect and determine a measure of the voltage potential between the chassis words and the extreme virtual earth, and generate a measurement signal depending thereon and apply it to the processing device.

Bearbetningsanordningen är anpassad att bearbeta mätsignalen och att överföra denbearbetade mätsignalen till ett larrnsystem som är anpassat att jämföra denna med en ellerﬂera tröskelnivåer och att generera en eller ﬂera larmsignaler i beroende av dessajämförelser. Lannsignalema kan var ljussignaler, t.ex. strålkastare eller innerbelysningensom tänds, ljudsignaler, t.ex. en siren eller fordonets signalhorn, eller en signalering till en extem larmcentral via t.ex. mobilnätet.The processing device is adapted to process the measurement signal and to transmit the processed measurement signal to an alarm system which is adapted to compare it with one or ﬂ your threshold levels and to generate one or ﬂ your alarm signals in dependence on these comparisons. The land signals can be light signals, e.g. headlights or illuminated interior lighting, audible signals, e.g. a siren or the vehicle's horn, or a signaling to an extreme alarm center via e.g. the mobile network.

Enligt en utföringsform bearbetar bearbetningsanordningen mätsignalen genom attbestämma derivatan för förändringen av mätsignalen, och enligt en annan utföringsform bearbetar bearbetningsanordningen mätsignalen genom att förstärka denna och generera ett absolutvärde för förändringen. Även mer komplicerade bearbetningar av mätsignalenkan göras, exempelvis kan nivåskillnaden mellan två olika glidande medelvärden förmätsignalen bestämmas, en långsam som anpassar sig efter yttre omständigheter och ensnabb som är själva mätsignalen. För att få fram en användbar signal så bearbetas dessamed hjälp av diverse signalbehandlingsalgoritmer.According to one embodiment, the processing device processes the measurement signal 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 can be determined by the measurement signal, a slow one which adapts to external circumstances and a single speed which is the measurement signal itself. In order to obtain a useful signal, it is processed with the help of various signal processing algorithms.

Exempel på mätsignaler med långsamt respektive snabbt glidande medelvärde visas i ﬁgur4. För signalen med långsamt 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 till50 ms. I figuren har skillnaden i arnplitud (A) indikerats med en dubbelpil, samt derivatanför respektive signal. Genom att jämföra arnplitudskillnaden och/eller skillnaden i derivata vid samma tidpunkt med lämpliga tröskelvärden erhålles en snabb och säker detektering.Examples of measurement signals with slow and fast moving averages are shown in ﬁ gur4. For the signal with a slowly moving average value (solid line), measurements are typically made 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 figure, the difference in field amplitude (A) has been indicated by a double arrow, as well as derivatives for each signal. By comparing the difference in field amplitude and / or the difference in derivatives at the same time with suitable threshold values, a fast and safe detection is obtained.

Generellt gäller att det är den relativa förändringen hos kapacitansen mellan chassijord och antennjord som utnyttjas eftersom antennjorden hela tiden förändras.In general, it is the relative change in the capacitance between chassis ground and antenna ground that is used because the antenna ground is constantly changing.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan-beskrivna föredragna utföringsfoimer.Olika altemativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utföringsforrner 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 used. The above embodiments are therefore not to be construed as limiting the scope of the invention, which is defined by the appended claims.

Claims

A capacitive sensor system for a vehicle having a chassis ground (2), a single signal generator (1), a signal detector (1), and a processing device (1), the signal generator being adapted to generate a sensor signal having a frequency and an amplitude applied between the chassis ground and a virtual external ground (3), characterized in that the system comprises a grounding antenna (4) adapted to provide the virtual extreme ground 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 chassis ground, having a predetermined size and year is placed a predetermined distance from the ground surface, the signal detector is adapted to detect and determine a measure of the voltage potential between the chassis words and the extreme virtual earth, and generate a measure signal dependent thereon and apply it to the processing device, wherein the processing device the processed measurement signal to an alarm system (6) which is adapted to generate one or more alarm signals depending on the processed measurement signal.

Device according to claim 1, the processing device processes the measurement signal by determining the derivative for the change of the measurement signal.

Device according to claim 1, the processing device processes the measurement signal by amplifying it and generating an absolute value for the change.

Device according to one of the preceding claims, wherein the alarm system is adapted to compare the processed measurement signal with one or ﬂ your threshold levels and to generate one or ﬂ your alarm signals in dependence on this comparison.

Device according to any one of the preceding claims, wherein the earthing antenna comprises a metal plate with a flat surface which is mounted horizontally on the underside of the vehicle.

Device according to any one of the preceding claims, wherein the earthing antenna is 12 adapted to be mounted on the underside of the vehicle.

Device according to one of the preceding claims, wherein the earthing antenna is adapted to be mounted on the underside of the vehicle's fuel tank.

Device according to any one of claims 1-5, wherein the earthing antenna consists of at least a part of the vehicle's fuel tank.

Device according to one of the preceding claims, wherein the earthing antenna is adapted to be placed at a predetermined distance from the ground surface which is in the range 0.3-0.8 meters.

Device according to one of the preceding claims, wherein the earthing antenna has an area of at least 1 m2.

Device according to any one of the preceding claims, wherein the earthing antenna is provided with an electrically insulating layer arranged on the side facing the vehicle chassis when the antenna is mounted on the vehicle.

The device of claim 1, wherein the ground antenna has a surface size such that the capacitance formed relative to the ground surface is normally approximately two tenths of a power lower than the capacitance formed between the vehicle chassis and the ground surface.

The device of claim 1, wherein the ground antenna is an electrically insulated cable.

Device according to any one of the preceding claims, 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.

The apparatus of claim 13, wherein the signal generator is adapted to generate a sensor signal having a frequency of 10 kHz and an amplitude of 10 V.