УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
OBJECT DETECTION DEVICE FOR MECHANICAL TRANSPORT VEHICLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству детектирования для детектирования объекта в области детектирования рядом с механическим транспортным средством путем измерения изменения емкости устройства детектирования, вызванного присутствием объекта в области детектирования, причем устройство содержит по меньшей мере пару сенсорных площадок, причем каждая сенсорная площадка способна передавать или принимать электрическое поле, а также средство для измерения переходной емкости между площадками.
Изобретение также относится к части внешней торцевой панели, содержащей устройство детектирования, и к механическому транспортному средству, содержащему часть внешней торцевой панели.
Предшествующий уровень техники
Указанные устройства достаточно хорошо известны и используются, например, чтобы помочь водителю припарковать автомобиль путем информирования водителя о ближайших препятствиях вблизи транспортного средства. Обычно указанное устройство детектирования информирует водителя о присутствии препятствий вокруг автомобиля во время его движения.
В указанных устройствах обычно используются пары сенсорных площадок, способных передавать и принимать электрическое поле. Измеряется переходная емкость между сенсорными площадками, составляющими пару сенсорных площадок, причем изменение переходной емкости свидетельствует о присутствии объекта в области детектирования.
Однако, если объект в области детектирования мал или оказывается вблизи передающей или приемной площадки, принимаемый сигнал может увеличиться из-за взаимодействия объекта с площадкой. Это может привести к тому, что присутствие небольшого объекта или объекта, находящегося в непосредственной близости с механическим транспортным средством, не будет детектировано. Также это может привести к большим различиям в диапазоне детектирования, зависящем от размера объекта, находящегося в области детектирования.
Кроме того, для получения набора данных, позволяющих определить присутствие объекта в области детектирования, выполняется сканирование разных сенсорных площадок. Скорость сканирования и точность набора данных могут ограничиваться кратковременными импульсными помехами, создаваемыми в результате переключений, сопровождающих процесс сканирования.
В известных устройствах детектирования имеет место ряд других проблем, таких как детектирование вариации высоты дороги относительно механического транспортного средства, что может восприниматься как присутствие объекта в области детектирования.
Краткое изложение сущности изобретения
Одной из задач изобретения является преодоление указанных недостатков путем создания устройства детектирования, которое может эффективно воспринимать присутствие объекта в области детектирования, каким бы размером ни обладал указанный объект.
Таким образом, изобретение относится к устройству детектирования вышеупомянутого типа, в котором каждая сенсорная площадка может быть дополнительно использована для измерения изменения полного сопротивления площадки, чтобы определить присутствие объекта в области детектирования, причем каждая сенсорная площадка возбуждается системой измерения полного сопротивления шин возбуждения, содержащей инвертор, генератор, возбудитель шин питания с двумя выходами усилителя-повторителя смещения напряжения постоянного тока для шин питания инвертора и переключатели, причем система измерения полного сопротивления шин возбуждения способна изменять функцию сенсорной площадки с функции передатчика электрического поля на функцию приемника электрического поля или на функцию измерителя полного сопротивления путем подключения и отключения возбуждения генератора на входе возбудителя шин питания инвертора.
Каждая сенсорная площадка, которую вдобавок к выполнению функции передатчика или приемника электрического поля можно использовать для измерения изменения полного сопротивления, повышает способность детектирования, реализуемую устройством детектирования. Легко обеспечивается детектирование малых объектов, а также объекта, находящегося вблизи сенсорных площадок. Кроме того, система измерения полного сопротивления шин возбуждения, которая выбирает ту или иную функцию для сенсорных площадок (измеритель полного сопротивления, передатчик или приемник) без использования мультиплексора на входных линиях, помогает подавить кратковременные импульсные помехи и улучшает процесс получения набора данных.
Согласно другим признакам устройства детектирования:
устройство детектирования содержит более одной пары сенсорных площадок, причем эти пары сенсорных площадок возбуждаются на различных частотах, так что измерение переходной емкости между площадками пары сенсорных площадок или измерение изменения полного сопротивления может выполняться одновременно для всех пар сенсорных площадок;
система измерения полного сопротивления шин возбуждения содержит три переключателя, образующих линию, подключенную к входу возбудителя шин питания, причем первый переключатель подключен к входу возбудителя шин питания, второй переключатель подключен к генератору, а третий переключатель подключен к земле, при этом третий переключатель расположен между первым и вторым переключателями, так что, когда первый и второй переключатели замкнуты, а третий переключатель разомкнут, генератор подключен к входу возбудителя шин питания и сенсорная площадка функционирует в качестве передатчика электрического поля, а когда первый и второй ключи разомкнуты и третий переключатель замкнут, сенсорная площадка функционирует в качестве приемника электрического поля;
устройство детектирования содержит по меньшей мере одну проводящую область, расположенную между сенсорными площадками пары сенсорных площадок, причем проводящая область подключена к земле; и
проводящая область расположена вокруг каждой сенсорной площадки, причем проводящая область возбуждается сигналом переменного тока с относительно большей или той же амплитудой, фазой и частотой, что используется для возбуждения сенсорной площадки.
Изобретение также относится к части внешней торцевой панели механического транспортного средства, содержащей устройство детектирования для детектирования объекта в области детектирования вблизи механического транспортного средства, на котором смонтирована часть внешней торцевой панели, причем устройство детектирования представляет собой вышеописанное устройство детектирования.
Согласно другим признакам части внешней торцевой панели:
устройство детектирования содержит по меньшей мере две пары сенсорных площадок, причем одна пара расположена в верхней части части внешней торцевой панели, а другая пара расположена в нижней части части внешней торцевой панели, при этом измеряется переходная емкость между сенсорными площадками каждой пары сенсорных площадок для определения присутствия объекта в области детектирования;
устройство детектирования дополнительно содержит другую пару сенсорных площадок, причем пара сенсорных площадок расположена в верхней части упомянутой части внешней торцевой панели;
пара сенсорных площадок, расположенная в нижней части упомянутой части внешней торцевой панели, выполнена с возможностью калибровки устройства детектирования, чтобы учесть изменение высоты земли относительно части внешней торцевой панели;
устройство детектирования прикреплено к внутренней поверхности части внешней торцевой панели;
устройство детектирования покрыто материалом части внешней торцевой панели; и
проводящий слой расположен на внешней поверхности части внешней торцевой панели.
Изобретение также относится к механическому транспортному средству, содержащему по меньшей мере вышеописанную часть внешней торцевой панели.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает вид участка части внешней торцевой панели, содержащей устройство детектирования согласно изобретению с несколькими парами сенсорных площадок;
фиг.2 изображает эквивалентную схему, иллюстрирующую функционирование устройства детектирования, когда пара сенсорных площадок используется в качестве передатчика и приемника электрического поля;
фиг.3 изображает эквивалентную схему, иллюстрирующую функционирование устройства детектирования, когда пара сенсорных площадок используется в качестве измерителя полного сопротивления;
фиг.4 изображает схему системы измерения полного сопротивления шин возбуждения для управления устройством детектирования согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
В описании термины «внутренний», «внешний», «передний», «задний» и т.д. определены относительно обычных направлений в механическом транспортном средстве.
Далее со ссылками на фиг.1 описывается часть 1 внешней торцевой панели, монтируемой на передней или задней части механического транспортного средства (не показано). Частью внешней торцевой панели является, например, бампер. Изобретение можно использовать на передней, а также задней части механического транспортного средства. Применение устройства детектирования, установленного на передней и задней части механического транспортного средства, дает особые преимущества, поскольку обеспечивается более значительная область детектирования. Устройство детектирования также можно установить по бокам механического транспортного средства, чтобы обеспечить еще большую область детектирования. В общем случае изобретение можно использовать в любых частях внешней торцевой панели механического транспортного средства, включая табличку с номером. Изобретение также можно использовать в областях, отличных от автомобильной промышленности, где требуется детектирование каких-либо объектов или целей, например, в томографии. Далее изобретение описывается применительно к устройству детектирования, предназначенному для детектирования объекта в области детектирования вблизи механического транспортного средства.
Устройство 2 детектирования крепится к части 1 внешней торцевой панели на ее задней стороне, как показано на фиг.1. В альтернативном варианте устройство 2 детектирования может быть покрыто частью 1 внешней торцевой панели, то есть устройство 2 детектирования может находиться в материале, образующем часть внешней торцевой панели.
Устройство 2 детектирования выполнено с возможностью детектирования присутствия объекта 3 в области детектирования, проходящей перед частью 1 внешней торцевой панели, то есть около механического транспортного средства.
В варианте, показанном на фиг.1, устройство 2 детектирования содержит три пары 4, 6 и 8 сенсорных площадок 10, то есть шесть сенсорных площадок 10. Две пары 4 и 6 скомпонованы на верхней части 12 части 1 внешней торцевой панели, а одна пара скомпонована на нижней части 14 части 1 внешней торцевой панели. Сенсорные площадки 10 пары сенсорных площадок разделены промежутком 16. Как показано на фиг.1, две пары сенсорных площадок 4 и 6 скомпонованы так, что пара 4 находится на левой стороне части 1 внешней торцевой панели, причем одна из сенсорных площадок 10 расположена на одном конце части 1 торцевой панели, а другая пара 6 расположена на правой стороне части 1 торцевой панели, причем одна из сенсорных площадок 10 расположена на другом конце части 1 торцевой панели. У пары 8, скомпонованной на нижней части 14 части 1 торцевой панели, одна из сенсорных площадок 10 находится вблизи одного конца части 1 торцевой панели, а другая сенсорная площадка 10 находится вблизи другого конца части 1 торцевой панели. Таким образом, устройство 2 детектирования «покрывает» по существу всю часть 1 внешней торцевой панели.
Количество и компоновка пар сенсорных площадок 10 может изменяться в зависимости от конкретного применения и размера части 1 торцевой панели.
Каждая сенсорная площадка 10 выполнена из проводящего материала и подключена к системе 18 измерения полного сопротивления шин возбуждения, представленной на фиг.4, для управления устройством 2 детектирования. Система 18 измерения полного сопротивления шин возбуждения подает сигналы возбуждения на устройство 2 детектирования, как описывается ниже.
Каждая сенсорная панель 10 может функционировать в качестве передатчика 20 электрического поля, приемника 22 электрического поля или измерителя 24 полного сопротивления, причем выбор функции сенсорной площадки 10 управляется системой 18 измерения полного сопротивления шин возбуждения, как описывается ниже.
Со ссылками на фиг.2 описывается функционирование устройства 2 детектирования, когда пара сенсорных площадок 10 используется в качестве передатчика 20 и приемника 22 электрического поля. Одну сенсорную площадку выбирают для функционирования в качестве передатчика 20 электрического поля, а другую сенсорную площадку выбирают для функционирования в качестве приемника 22 электрического поля. Для определения присутствия объекта 3 в области детектирования измеряется переходная емкость между передатчиком 20 и приемником 22.
1
2
При отсутствии объекта в области детектирования передатчик 20 и приемник 22 эквивалентны двум емкостям C и C, соединенным последовательно, причем переходная емкость между передатчиком и приемником имеет фиксированное заранее определенной значение.
3
1
2
3
Когда объект 3 проникает в область детектирования, он эквивалентен емкости С, подключенной одной стороной к земле 26, а другой стороной к емкости С передатчика 20 и емкости С приемника 22. Чем ближе объект 3 приближается к части 1 внешней торцевой панели, тем больше возрастает емкость С, в результате чего изменяется переходная емкость между передатчиком и приемником, что позволяет детектировать присутствие объекта в области детектирования.
Однако, когда объект 3 мал или оказывается рядом с передающей или приемной площадкой, принимаемый сигнал может возрасти из-за взаимодействия объекта с площадкой. Это может привести к тому, что присутствие малого объекта или объекта, находящегося вблизи механического транспортного средства, не будет детектировано. Также это может привести к большому разбросу диапазона детектирования, зависящего от размера объекта, присутствующего в области детектирования. Для детектирования такого небольшого или близко расположенного объекта 3 каждую сенсорную площадку 10 можно использовать в качестве измерителя 24 полного сопротивления, как показано на фиг.3.
В этом случае площадка 10 возбуждается таким образом, чтобы можно было отдельно измерить комплексное сопротивление окружающей среды. Как показано на фиг.3, объект 3 увеличивает переходную емкость (представлена емкостями С на фиг.3) между сенсорной площадкой 10 и землей 26. Таким образом, изменение измеренного полного сопротивления укажет на присутствие объекта.
Комбинированное использование сенсорных площадок, функционирующих в качестве передатчика и приемника, и площадок, функционирующих в качестве измерителя полного сопротивления, повышает способность детектирования и диапазон детектирования устройства 2 детектирования.
Пары сенсорных площадок 10 возбуждаются на разных частотах, так что измерение переходной емкости между площадками 10 пары сенсорных площадок 10 или измерение изменения полного сопротивления для каждой площадки можно выполнять одновременно для всех сенсорных площадок 10. Это дополнительно увеличивает эффективность устройства 2 детектирования. Сигналы, полученные на различных частотах, подаются в устройство синхронной демодуляции (не показано), которое позволяет получить различные наборы данных, получаемые различными парами сенсорных площадок 10 одновременно.
Пара 8 сенсорных площадок 10, скомпонованная в нижней части 14 части 1 внешней торцевой панели, используется для калибровки устройства 2 детектирования относительно земли. В действительности за присутствие объекта в области детектирования может быть принято изменение высоты дороги, по которой движется механическое транспортное средство, если устройство 2 детектирования не откалибровано с учетом такого изменения. Данная пара 8 сенсорных площадок 10 получает набор данных об изменениях высоты земли относительно части 1 внешней торцевой панели, так что водитель не получает информацию об этих изменениях при выполнении детектирования присутствия объекта в области детектирования. Пару 8 сенсорных площадок 10 можно также использовать для детектирования бордюров на дороге, так как бордюр станет причиной постоянного увеличения различия между набором данных, получаемым парами 4 и 6 сенсорных площадок 10, скомпонованных в верхней части 12, и набором данных, получаемым парой 8 сенсорных площадок, скомпонованных в нижней части 14. Также учитывается скорость механического транспортного средства, которую отслеживают, чтобы облегчить вычисление изменений в полученных данных между сенсорными площадками 10 в верхней части 12 и сенсорными площадками в нижней части 14.
В изображенной части 1 внешней торцевой панели на внешней стороне части 1 внешней торцевой панели расположен проводящий слой 28. Слой 28 представляет собой проводящий грунтовочный слой, оставленный на поверхности части внешней торцевой панели в результате применяемого процесса окраски в электростатическом поле. Наличие этого проводящего слоя 28 может привести к тому, что передатчик 20 будет передавать сигнал на приемник 22 непосредственно через проводящий слой 28 без прохождения сигнала вне части 1 внешней торцевой панели. Тогда эффективность устройства 2 детектирования уменьшается. Когда в области детектирования находится какой-либо объект, изменение принимаемого сигнала будет относительно гораздо меньше, чем сигнала, принимаемого непосредственно через проводящий слой 28. Для разрешения этой проблемы между сенсорными площадками 10 пары сенсорных площадок предусмотрена, по меньшей мере, проводящая область 30, причем проводящая область 30 соединена с землей 32 механического транспортного средства. Эта проводящая область 30 шунтирует поле, проходящее через проводящий слой 28, так что оно не достигает приемника. Таким образом, сигнал, достигающий приемника 22, удаляется от части 1 внешней торцевой панели и, следовательно, он будет чувствителен к присутствию или отсутствию объекта 3 в области детектирования.
Когда площадка 10 используется в качестве измерителя 24 полного сопротивления, наличие проводящего слоя 28 также становится проблемным. Линии поля, порождаемого площадкой 10, укорачиваются проводящим слоем 28, добавляющим дополнительную емкость, которая указывает на присутствие объекта 3 в области детектирования. Чтобы преодолеть эту проблему, проводящую область 34 располагают вокруг каждой сенсорной площадки, причем проводящая область возбуждается сигналом переменного тока с относительно большей или той же амплитудой, фазой и частотой, что используется для возбуждения сенсорной площадки.
Проводящая область 34 может иметь, например, форму кольца, окружающего сенсорную площадку 10. Проводящая область 34 соединена с кольцевой областью проводящего слоя 28, что обеспечивает прохождение сигнала на сенсорную площадку 10, используемую в качестве измерителя полного сопротивления.
За и/или вокруг каждой сенсорной площадки 10 расположена защитная пластина 36, повышающая чувствительность сенсорной площадки в одном направлении, то есть, в направлении вперед относительно внешней стороны части 1 торцевой панели.
Функцию пар сенсорных площадок можно по желанию изменить, чтобы вычислить положение и расстояние от объекта в области детектирования с помощью известного вычислительного модуля, который подробно здесь не описывается. Сенсорные площадки 10 сканируют, чтобы получить наборы данных о емкостях и/или полных сопротивлениях для определения присутствия объекта. Положение, расстояние и размер объекта могут быть оценены вычислительным модулем.
Далее со ссылками на фиг.4 описывается система 18 измерения полного сопротивления шин возбуждения.
В системе 18 измерения полного сопротивления шин возбуждения используется инвертор 38. Инвертор 38 может быть построен на двух полевых МОП транзисторах (MOSFET) с электропроводностью противоположного типа, работающих в режиме обогащения, или на операционном усилителе с неинвертирующим входом, размещенном между шинами. Защитная пластинка 36 соединена с шиной VSS инвертора 38. Возбудитель 40 шин питания имеет выводы 42 и 44 смещения напряжения постоянного тока на шины VDD и VSS инвертора 38.
Вход 46 в возбудитель 40 шин питания соединен с первым переключателем 48, который является частью Т-образной компоновки из трех переключателей 48, 50, 52, образующих линию 54. Второй переключатель 50 подключен к генератору 56, а третий переключатель 52 подключен к земле 32 механического транспортного средства. Третий переключатель 52 расположен между переключателями 48 и 50. Если переключатели 48 и 50 замкнуты, а третий переключатель 52 разомкнут, то тогда генератор 56 подключен к входу 46 возбудителя 40 шин питания, так что сигналы с выходов 42 и 44 смещения напряжения постоянного тока поступают на генератор 56. Третий переключатель 52 используется для усиления развязки путем подключения линии 54 к 0 В, когда схема подлежит использованию в качестве приемника, то есть когда шины не должны возбуждаться.
Вход 58 виртуальной земли поддерживает сигналы переменного тока на шинах инвертора. Это означает, что защитная пластина 36 может быть возбуждена шиной VSS 44, шиной VDD или входным сигналом 46, подаваемым на возбудитель 40 шин, для уменьшения действующей емкости между сенсорной площадкой 10 и защитной пластиной 36.
Когда первый и второй переключатели 48 и 50 разомкнуты, генератор 56 больше не соединен с входом 46 возбудителя 40 шин питания. Третий переключатель 52 замкнут, так что линия 54, соединяющая второй переключатель 50 с первым переключателем 48, подключена к земле 32 через третий переключатель 52. Это исключает прохождение сигнала генератора на емкости через переключатель 48.
Вышеописанная система при использовании длинных коаксиальных кабелей, подключенных к сенсорной площадке 10, позволяет измерять высокие частоты и малые емкости в отсутствие паразитных колебаний, которыми сопровождается аналогичное функционирование схемы с мультиплексорами на входе, которые имеют линии питания, возбуждаемые для эффективного уменьшения емкости на шины.
Такой способ выбора функциональных возможностей (измеритель полного сопротивления, передатчик или приемник) без использования мультиплексоров во входных линиях исключает кратковременные импульсные помехи особенно в точках перехода через ноль при использовании фиксированного количества циклов передающего генератора. Этот эффект достигается потому, что переключение выполняется при низких значениях полного сопротивления и, следовательно, любые кратковременные импульсные помехи, которые появляются при относительно высоком полном сопротивлении, создаваемом емкостями переключателей, будут иметь гораздо меньшие последствия. Функционирование в отсутствии кратковременных импульсных помех повышает скорость, с которой может осуществляться выбор различных плат для работы в качестве передатчиков или приемников.