用于非接觸對(duì)象檢測的電容式傳感器、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)包括電容式傳感器和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)提供AES(適應(yīng)性興奮信號(hào))給電容式傳感器，該AES(適應(yīng)性興奮信號(hào))根據(jù)電容式傳感器開發(fā)的環(huán)境進(jìn)行配置，該AES(適應(yīng)性興奮信號(hào))用于當(dāng)對(duì)象不在電容式傳感器的檢測區(qū)域中時(shí)，在該環(huán)境下產(chǎn)生電容式傳感器到控制系統(tǒng)的閾值電壓。
【專利說明】用于非接觸對(duì)象檢測的電容式傳感器、系統(tǒng)和方法

【背景技術(shù)】
[0001]聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)(FMVSS)指定要求所有電源操作關(guān)閉系統(tǒng)避免/減小因?yàn)橐馔獠僮鲗?dǎo)致的死亡或傷害。例如動(dòng)力滑動(dòng)門和動(dòng)力提升門的電源關(guān)閉，在運(yùn)行期間承載了非常大量和巨大的慣性。FMVSS-118指定了無人關(guān)閉系統(tǒng)的最大的接觸壓力。在這些系統(tǒng)的運(yùn)行模式下要求這些系統(tǒng)達(dá)到聯(lián)邦安全標(biāo)準(zhǔn)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0002]例如動(dòng)力滑動(dòng)門和動(dòng)力提升門的電源關(guān)閉，在運(yùn)行期間承載了非常大量和巨大的慣性，可以在無人值守關(guān)閉時(shí)傷害人或?qū)ο?。目前的技術(shù)大多采用基于霍爾效應(yīng)的速度控制算法，用于基于接觸的障礙檢測。速度控制直接與動(dòng)量相關(guān)，轉(zhuǎn)而與傳遞給障礙物的能量相關(guān)。對(duì)于具有給定重量的任一給定運(yùn)行機(jī)制，傳遞給對(duì)象的擠壓力可以以速度的函數(shù)計(jì)算。在描述環(huán)境變化、變壓變化、車輛斜坡等情況下的系統(tǒng)時(shí)，需要進(jìn)行大量的描述工作，以優(yōu)化障礙檢測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]偉創(chuàng)力電容式傳感器是一個(gè)與動(dòng)力控制器集成的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)尋找關(guān)閉系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)期間封口中的對(duì)象，且提供O接觸力/壓力。該系統(tǒng)能夠檢測人的身體和小孩手指或者和各種無生命的對(duì)象的密切接近，從自定義的可編程的距離。如果存在對(duì)象，該系統(tǒng)發(fā)送障礙信號(hào)到主微處理器以執(zhí)行期望的反應(yīng)。該系統(tǒng)用于基于障礙檢測的在飛行中的非接觸或接觸。該控制器持續(xù)讀取電容式傳感器模擬/數(shù)字輸出，以確定在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的路徑中是否存在任何對(duì)象。該傳感器阻止該關(guān)閉系統(tǒng)接觸該對(duì)象，并停止或以它的方向反轉(zhuǎn)。該關(guān)閉系統(tǒng)可以檢測到該對(duì)象，降低速度，并輕微地接觸該對(duì)象。在該點(diǎn)上，該系統(tǒng)可以反轉(zhuǎn)至它的全開位置，或者該對(duì)象先于反轉(zhuǎn)移除，該關(guān)閉系統(tǒng)可以加快它的特定速度并完成該關(guān)閉周期。該電容式傳感器產(chǎn)生電場。在允許運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)無接觸地相互作用的情況下，可以檢測到該電場受到的干擾。該電場覆蓋取決于應(yīng)用的封口。電場的任何干擾會(huì)改變電場的強(qiáng)度。電容式電子器件依次感應(yīng)到電場的變化，并產(chǎn)生電場中模擬電壓比例的變化。控制微處理器采樣傳感器電壓，并確定電場附近對(duì)象的存在，并采取必要的措施。
[0004]在實(shí)施例中，非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)包括電各式傳感器和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)提供適應(yīng)性興奮信號(hào)AES給所述電容式傳感器，所述AES根據(jù)所述電容式傳感器所在的環(huán)境配置，所述AES用于當(dāng)對(duì)象不在所述電容式傳感器的檢測區(qū)域時(shí)，在所述環(huán)境中，產(chǎn)生從所述電容式傳感器到所述控制系統(tǒng)的閾值電壓?？蛇x地，當(dāng)對(duì)象位于所述檢測區(qū)域時(shí)，所述電容式傳感器提供檢測電壓給所述控制系統(tǒng)，所述檢測電壓不同于所述閾值電壓。在一種替代方式中，所述控制系統(tǒng)包括自動(dòng)配置所述AES的指令，以及所述控制系統(tǒng)用于執(zhí)行所述指令。可選地，所述指令包括用于確定所述閾值電壓是否位于所述電容式傳感器的基線上限值和基線下限值之內(nèi)的模塊。在一種替代方式中，所述指令包括用于根據(jù)環(huán)境調(diào)節(jié)所述AES的模塊。在某些實(shí)施例中，所述環(huán)境為車輛的動(dòng)力關(guān)閉門。所述非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)進(jìn)一步包括調(diào)制器，用于接收來自所述控制系統(tǒng)的第一時(shí)鐘信號(hào)，所述調(diào)制器與所述電容式傳感器相互連接，同步解調(diào)器，用于接收來自所述電容式傳感器的第一信號(hào)，來自所述控制系統(tǒng)的第二時(shí)鐘信號(hào)，以及來自所述控制系統(tǒng)的第三時(shí)鐘信號(hào)，以及解調(diào)來自所述電容式傳感器的信號(hào)，以及放大器，用于放大來自所述同步解調(diào)器的第二信號(hào)，以及提供模擬輸出信號(hào)給所述控制系統(tǒng)。所述模擬輸出信號(hào)指示對(duì)象是否位于所述檢測區(qū)域?？蛇x地，所述電容式傳感器包括保護(hù)層，所述保護(hù)層由環(huán)境保護(hù)涂層覆蓋，所述環(huán)境保護(hù)涂層使所述傳感器防水。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，一種檢測動(dòng)力車輛自動(dòng)入口或封口中的電容式傳感器的檢測區(qū)域中的對(duì)象的方法，包括:提供適應(yīng)性興奮信號(hào)AES給控制系統(tǒng)中的所述電容式傳感器。所述方法進(jìn)一步包括感應(yīng)所述電容式傳感器產(chǎn)生的檢測電壓。所述方法進(jìn)一步包括將所述檢測電壓與閾值電壓進(jìn)行比較；以及基于所述比較，確定所述對(duì)象是否位于所述檢測區(qū)域。所述方法可以進(jìn)一步包括根據(jù)所述控制系統(tǒng)執(zhí)行的指令，自動(dòng)配置所述閾值電壓，所述閾值電壓表示當(dāng)當(dāng)前沒有對(duì)象位于所述檢測區(qū)域時(shí)，由所述電容式傳感器產(chǎn)生的電壓。所述指令可包括調(diào)節(jié)所述AES，以設(shè)置所述閾值電壓位于所述電容式傳感器的基線上限和下限之間。所述指令可包括如果所述閾值電壓不小于所述基線上限，調(diào)節(jié)所述AES到更低的頻率。所述指令可包括如果所述閾值電壓不大于所述基線下限，調(diào)節(jié)所述AES到更高的頻率。所述指令可包括如果所述AES不能調(diào)節(jié)以提供位于所述基線上限和下限之間的閾值電壓，提供所述電容式傳感器錯(cuò)誤的指示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]參考下面的描述和附圖，前面的對(duì)象、優(yōu)勢和特征，以及其它對(duì)象和優(yōu)勢會(huì)更清晰，在這里，同樣的數(shù)字表不同樣的兀件:
[0007]圖1示意了用于非接觸對(duì)象檢測(NCOD)的電容式傳感器的實(shí)施例；
[0008]圖2不意了用于NCOD的電容式傳感器的控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
[0009]圖3示意了圖2中的控制系統(tǒng)和相關(guān)電路的電壓框圖；
[0010]圖4a和4b不意了用于NCOD的電容式傳感器的控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的校準(zhǔn)流程圖；
[0011]圖5不意了費(fèi)雷克斯電容式傳感器的電場分布；
[0012]圖6示意了費(fèi)雷克斯電容式傳感器的電容模型；
[0013]圖7示意了保護(hù)層寬度對(duì)傳感器靈敏度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；以及
[0014]圖8示意了電容式傳感器的防水性。

【具體實(shí)施方式】
[0015]這里僅為方便采用了一些術(shù)語，并非作為對(duì)非接觸對(duì)象檢測(這里及之后簡稱為“NC0D”)的電容式傳感器的實(shí)施例的限制。在圖中，整個(gè)多個(gè)附圖中同樣的標(biāo)號(hào)指代同樣的元件。
[0016]詞“右”、“左”、“前”和“后”指示作為參考的附圖中的方向。詞“內(nèi)在”和“外在”分別指方向指向和偏離用于NCOD的電容式傳感器和它的指定部分的幾何中心。術(shù)語包括以上特別提到的詞、它們的衍生詞和類似意義的詞。
[0017]相同的標(biāo)號(hào)指代整個(gè)多個(gè)視圖中類似或一致的部件，且下面描述的每附圖具有特定的標(biāo)號(hào)。
[0018]圖1示意了用于NCOD的電容式傳感器的一個(gè)實(shí)施例。電容式傳感器100包括接地面150，其雙面都被特定的絕緣膠帶圍繞，不限于是絕緣膠帶，140安裝在上面。接地面150可以集成到車輛的一部分，如能用作接地面(通常是金屬和導(dǎo)電的)的門框或其它部分。電容式傳感器100的傳感器包括涂層110，其提供電氣絕緣和環(huán)境保護(hù)。也可以包含導(dǎo)電涂層的保護(hù)層120。傳感器線纜130將該傳感器集成到圖2的控制系統(tǒng)。傳感器線纜可以是整長為1.5mm、具有0.5mm銅芯的線纜，當(dāng)然不限于該結(jié)構(gòu)直徑，取決于具體應(yīng)用。
[0019]電容式傳感器產(chǎn)生電場。在允許運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)無接觸地相互作用的情況下，可以檢測到該電場受到的干擾。該電場覆蓋期望的取決于應(yīng)用的封口。從關(guān)閉框架的一邊朝關(guān)閉框架的另一邊延伸，兩邊相遇并形成一個(gè)閉環(huán)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)封口全開時(shí)，電場可能不能延伸覆蓋整個(gè)開口，但是覆蓋的范圍可以提供封口期望的相互作用的對(duì)象的盡早的檢測。干擾電場的任何對(duì)象可以改變電場強(qiáng)度。電容式電子器件依次感應(yīng)到電場的變化，并產(chǎn)生電場中模擬電壓比例的變化。運(yùn)動(dòng)控制微處理器采樣傳感器電壓，并確定電場附近對(duì)象的存在，并采取必要的措施。
[0020]圖1所示的電容式傳感器100包括僅需2或3個(gè)(不限于)電極的傳感器、傳感器線纜130和保護(hù)層120，可選的，還可包括接地面150 (取決于安裝場地)。電容式傳感器100提供用于防噪音和增加靈敏度的同步解調(diào)。保護(hù)層120是成弧形的，傳感器線纜130形成在傳感器的頂部。提供的傳感器是防水的，首先，傳感器可能會(huì)被作為對(duì)象干擾電容式傳感器。
[0021]電容式傳感器100可以在各種場景下實(shí)施。它可用于車門如動(dòng)力滑動(dòng)門、動(dòng)力提升門、動(dòng)力車天窗、動(dòng)力窗、以及任何動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的車門、開口、或隔室、或封口但不限于車輛的接觸和非接觸障礙檢測。傳感器具有可配置的范圍，這意味著它可以采用同樣的傳感器設(shè)計(jì)，在各種情況、應(yīng)用和車輛需求下調(diào)整。
[0022]電容式傳感器100可提供數(shù)字和模擬信號(hào)給控制系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)是期望頻率的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。該信號(hào)基于對(duì)象接近度改變它的工作比。模擬信號(hào)為從0-5V。該信號(hào)可以當(dāng)對(duì)象接近傳感器時(shí)增大/減小它的電壓，取決于配置。控制系統(tǒng)包括但不限于基于控制系統(tǒng)的微處理器。該控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制關(guān)閉系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)具有數(shù)字、模擬輸入和輸出以與其它傳感器、模塊等相互作用。
[0023]圖2示意了電容式傳感器100的控制系統(tǒng)和相關(guān)電路的一個(gè)實(shí)施例。該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)210，該控制系統(tǒng)210產(chǎn)生三個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)245、時(shí)鐘信號(hào)250 (位于90° )和時(shí)鐘信號(hào)255 (在270° )。控制系統(tǒng)210從放大器235接收傳感器模擬輸出信號(hào)260?？刂葡到y(tǒng)210也可以與控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線240 (可以是任意的通信總線架構(gòu))(這里及之后稱“CAN-Bus”)相互作用，該網(wǎng)絡(luò)是車輛的控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。通過CAN-Bus240，驅(qū)動(dòng)傳感器220和保護(hù)層225附著的門或其它系統(tǒng)的引擎，當(dāng)對(duì)象接近時(shí)能夠控制門的速度和位置。時(shí)鐘信號(hào)245提供給調(diào)制器215以調(diào)制傳感器信號(hào)。同步解調(diào)器230接收來自傳感器220的振幅信號(hào)以及時(shí)鐘信號(hào)250、255，然后該時(shí)鐘信號(hào)250、255被解調(diào)和被放大器235放大。
[0024]圖3不意了控制系統(tǒng)和圖2的相關(guān)電路的不例性電壓框圖。門框架310、315表示一個(gè)門框架與另一個(gè)門框架合閉的接觸點(diǎn)，從全開到全閉。在該傳感器學(xué)習(xí)框圖的舉例中，傳感器開始于基線最低限335，并具有基線上限320，在該舉例中，基線最低限335和基線上限320分別是0.2V和3.5V。傳感器檢測各個(gè)位置的電壓，并設(shè)置該電壓為基線輪廓330。根據(jù)基線上的復(fù)雜性將該基線輪廓330劃分為多個(gè)區(qū)域，以避免傳感器飽和點(diǎn)。在區(qū)域342、345、350、355、360，通過移動(dòng)門從全開位置到全閉位置，建立該基線輪廓325?；谒袇^(qū)域的障礙敏感度計(jì)算閾值輪廓320。在每個(gè)區(qū)域，記錄霍爾效應(yīng)計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘和閾值，用于傳感器檢測區(qū)域的后續(xù)的對(duì)象檢測。在區(qū)域342、345、350、355、360中可以看出，取決于開口如何關(guān)閉，該系統(tǒng)根據(jù)不同的采樣協(xié)議運(yùn)行。在區(qū)域350中，讀出的基線電壓超出了基線上限320。因此，修改控制頻率以使基線330位于基線上限320的下面。每個(gè)區(qū)域可以具有相同或不同的控制頻率值、霍爾效應(yīng)計(jì)算值和閾值。一旦這些區(qū)域建立，它們被存儲(chǔ)在EEPROM/RAM中，以用于后續(xù)的障礙檢測。電容式傳感器通過周期性變化，在其跨度內(nèi)學(xué)習(xí)區(qū)域數(shù)據(jù)并相應(yīng)地進(jìn)行更新。
[0025]圖4a和4b示意了傳感器的校準(zhǔn)算法。校準(zhǔn)的流程開始于塊410。目標(biāo)是提供適當(dāng)?shù)牟蓸勇屎痛_定傳感器的基線。在塊415中，檢測PSD (動(dòng)力滑動(dòng)門(全開/全閉切換))的狀態(tài)。在塊420中，確定門是否全開。如果不是，程序進(jìn)行到塊425，其中，門進(jìn)入全開狀態(tài)。在塊420中，再次檢測門的位置。在塊430中，對(duì)Vsout (表示傳感器的輸出電壓)、Pre-Vsout (表示傳感器的前一個(gè)輸出電壓)、正校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器(簡稱“PosCalCounter”)和負(fù)校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器(簡稱“NegCalCounter”)進(jìn)行初始化。
[0026]在塊440中，如果系統(tǒng)先前已被校準(zhǔn)，則采用先前的校準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，且流程進(jìn)行到塊447。如果不是，則生成一個(gè)默認(rèn)的時(shí)鐘信號(hào)，例如塊445中的50kHz。箭頭450表示圖4a和4b之間的流程，它們整體表示該完整的算法。在塊452中，系統(tǒng)等待10毫秒(ms)，以調(diào)節(jié)和接收一致的信號(hào)。在塊455中，讀傳感器信號(hào)并設(shè)置為Vsout。在塊460中，如果讀出的電壓低于圖3中的基線下限335，則該流程進(jìn)行到塊462，其中，確定當(dāng)前讀出的電壓是否高于先前讀出的電壓。如果是，則意味著提高時(shí)鐘頻率用于提供給讀出的基線，該基線在傳感器的有效閾值內(nèi)。流程進(jìn)行到塊482，其中，確定時(shí)鐘頻率是否在最高的頻率水平。如果是，流程進(jìn)行到塊483，其中，確定傳感器是錯(cuò)誤的，因?yàn)轭l率不能再提高以高于傳感器的低閾值。
[0027]從塊462繼續(xù)，如果測量的電壓小于先前的電壓，這意味著流程進(jìn)行到塊465，其中，正校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器加I。然后，在塊467中，確定正校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器值是否大于定義的閾值，在該實(shí)施例中該閾值為5。如果是這樣，在塊483中，校準(zhǔn)終止，如前面所描述的。如果正校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器增加后的計(jì)數(shù)值小于定義的閾值，則算法進(jìn)行到提高頻率。該流程設(shè)置在達(dá)到錯(cuò)誤條件例如5次前，系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)嘗試次數(shù)的一個(gè)極限值。如前面描述的塊482中，確定頻率是否達(dá)到最高水平。如果是，則在塊483中校準(zhǔn)終止。如果否，測量的當(dāng)前電壓設(shè)置為Pre-Vsout (測量出的先前電壓)，以繼續(xù)校準(zhǔn)。在塊480中，提高傳感器時(shí)鐘頻率以試圖增加測量到的基線電壓最小值。然后，流程返回塊452，以進(jìn)行另一個(gè)校準(zhǔn)循環(huán)。
[0028]參考回到?jīng)Q定塊460，如果測量的電壓不小于最小電壓，則算法進(jìn)行到?jīng)Q定塊470。在塊470中，確定測量出的當(dāng)前電壓是否小于先前測量出的電壓。如果測量出當(dāng)前電壓更大，則流程進(jìn)行到塊474。在塊474中，確定測量出的當(dāng)前電壓是否大于或等于最大電壓。如果否，則建立新的基線校準(zhǔn)，且算法進(jìn)行到塊475。在塊475，停止校準(zhǔn)，且記錄傳感器的頻率。
[0029]回到塊470，如果當(dāng)前測量出的電壓小于先前測量出的電壓(但是已經(jīng)確定大于低電壓閾值)，則在塊472中，負(fù)校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器加I。在塊473中，如果計(jì)數(shù)值沒有增加到大于定義的閾值，在該實(shí)施例中閾值為5，則流程進(jìn)行到塊474，其中，再次確定當(dāng)前測量出的電壓是否小于最大閾值電壓。如果是，如前面所描述的，在塊475中設(shè)置新的閾值電壓。在塊473中，如果計(jì)數(shù)值增加到大于定義的閾值，在本實(shí)施例中閾值為5，則檢測到錯(cuò)誤，且算法進(jìn)行到塊483。
[0030]如果在塊474中確定測量出的電壓大于最大電壓閾值，則設(shè)置更低的頻率。在塊476中，確定當(dāng)前頻率是否小于或等于最低頻率水平。如果小于或等于，則頻率不能設(shè)置得更低，且算法進(jìn)行到塊483，其中，設(shè)置校準(zhǔn)沒有發(fā)生，且傳感器是錯(cuò)誤的(校準(zhǔn)設(shè)置為錯(cuò)誤的)。
[0031]如果頻率可以設(shè)置得更低，則在塊477中，當(dāng)前測量出的電壓設(shè)置等于Pre-Vsout，因此，在算法的下一個(gè)周期中，它可以與測量出的電壓相比較。在塊478中，降低傳感器時(shí)鐘頻率。然后，算法回到塊452，作另一個(gè)校準(zhǔn)嘗試。以上流程繼續(xù)進(jìn)行直至傳感器在塊475中被標(biāo)記為已校準(zhǔn)或在塊483中未校準(zhǔn)。未達(dá)到已校準(zhǔn)的原因是在降低頻率或提高頻率上進(jìn)行太多次嘗試或由于傳感器的最小閾值不能提高或降低頻率。
[0032]在圖4a和4b中，HFT代表高頻率極限，例如150kHz，LFT代表低頻率極限，例如25kHz。在每個(gè)電源重啟、每個(gè)睡眠模式喚醒、以及每個(gè)傳感器基線超出范圍發(fā)生后，可以執(zhí)行該算法。該算法也可以在檢測到對(duì)象后執(zhí)行。該算法當(dāng)然也可以以更小一些間隔或更大一些間隔地執(zhí)行。
[0033]圖5示意了電場保護(hù)層520幫助促使傳感器電線導(dǎo)電。傳感器電場510在終結(jié)于接地面530前經(jīng)歷了一段長的旅程。這有助于增加傳感器檢測范圍。
[0034]圖6不意了用于對(duì)象602的費(fèi)雷克斯電容式傳感器的電容模型。
[0035]C0605—這是傳感器610和接地面615之間的電容。它取決于傳感器的幾何形狀，且在傳感器的整個(gè)跨度內(nèi)保持固定。水分滲漏進(jìn)傳感器610和接地面615之間的傳感器610，可以增加電容值。可以從圖1看出，接地面610和傳感器615處于相同的電位，因此，在傳感器610和接地面615之間沒有有效的電容。它在調(diào)制輸出信號(hào)上具有非常小的作用。
[0036]C1620一傳感器610和電池地625之間的電容。這是傳感器電子器件的信號(hào)電容。它相比其他電容具有非常高的增益(1000次)。費(fèi)雷克斯電容式傳感器可以達(dá)到0.05pF的信號(hào)電容。
[0037]C2630—接地面615和電池地625之間的電容。相比其他所有相關(guān)的電容，它通常具有非常高的電容值，范圍在l_5nF之間。它取決于傳感器的幾何形狀、保護(hù)層寬度、以及接地面615和電池地625之間的間隔。環(huán)境因素可以改變電容值，但是它對(duì)輸出信號(hào)具有最小的作用。相比C1620信號(hào)，C0605和C2630信號(hào)電容具有1/1000的增益。
[0038]C3635，C4636，C5637，C6638，C7639基于電容值的對(duì)象接近度如圖1中所解釋的。C4636，保護(hù)層電容的對(duì)象具有最小的影響，因?yàn)樗c保護(hù)層電容相關(guān)。其它的C3，C5，C6，C7具有非常大的影響，因?yàn)樗黾拥搅烁袘?yīng)信號(hào)。該系統(tǒng)也包括興奮信號(hào)650，電阻651，652，653，電容654，655，以及解調(diào)器信號(hào)656。
[0039]凈信號(hào)電容=Cnet= (Cl || (C5+((C7+C3) || C6))) 4.1
[0040]這里，+表示串聯(lián)組合，Il表示并聯(lián)組合
[0041]圖7試驗(yàn)結(jié)果:保護(hù)層寬度對(duì)傳感器范圍
[0042]設(shè)計(jì)試驗(yàn)以相對(duì)于保護(hù)層寬度，研究傳感器檢測范圍。保持興奮電壓為常值，從15mm到75mm改變保護(hù)層寬度，記錄尺寸為從0-400mm的距離的固定的障礙物的傳感器輸出電壓。該圖示意了增加保護(hù)層寬度，傳感器靈敏度從O-1OOmm顯著增加。這意味著具有較寬保護(hù)層面板的傳感器可以檢測較長距離的對(duì)象。
[0043]圖8電容式傳感器防水算法。
[0044]紅線示意了來自傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)雨滴或水滴著落在傳感器表面，傳感器電壓降低。這在水和實(shí)際障礙物之間具有清晰的區(qū)別。位于傳感器表面前的任何對(duì)象的情況中，傳感器電壓升高。圖8中的雨滴作用線示意了由于傳感器表面的雨滴導(dǎo)致的兩個(gè)電壓降。傳感器控制電子器件檢測該電壓降，并相應(yīng)地調(diào)整到新的頻率以補(bǔ)償水的影響。頻率的改變?nèi)Q于傳感器增益。
[0045]例如，表示頻率的每一步變化，傳感器電子器件具有50ATD計(jì)數(shù)值的增益。
[0046]如果Vl =特定門位置的基線電壓
[0047]V2=雨水導(dǎo)致的電壓降
[0048]則電壓變化=V2-V1
[0049]補(bǔ)償水的影響和達(dá)到基線的增加的頻率=(V2-Vl)/50。
[0050]前面的算法是校準(zhǔn)算法的一個(gè)舉例，在設(shè)置校準(zhǔn)錯(cuò)誤前，提高或降低頻率的嘗試可以根據(jù)傳感器設(shè)計(jì)者的喜好改變。進(jìn)一步地，某些方面例如初始頻率或上限閾值和下限閾值可以根據(jù)采用的傳感器而改變。通常，一旦安裝，該初始頻率、嘗試次數(shù)和閾值極限會(huì)先于安裝設(shè)置。它們當(dāng)然可以根據(jù)傳感器的具體設(shè)計(jì)變化。
[0051]一旦車輛提供給消費(fèi)者，這種與描述的電容式傳感器相關(guān)的校準(zhǔn)算法可以自動(dòng)和周期性校準(zhǔn)。它確保最大水平的安全性，以及提供傳感器錯(cuò)誤時(shí)的援助，而無需提供大規(guī)模修復(fù)和校準(zhǔn)。進(jìn)一步地，開發(fā)出用于各種情況的通用的電容式傳感器，無需特殊配置傳感器，除上述校準(zhǔn)算法之外。
[0052]其它特征包括:
[0053]物理傳感器的機(jī)械設(shè)計(jì)+傳感器方向性設(shè)計(jì)，因此包含在設(shè)計(jì)中的防水性；
[0054]集成到控制電子器件的電容式驅(qū)動(dòng)器；
[0055]適應(yīng)環(huán)境變化的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)；
[0056]防雨/水；
[0057]基于接近度的速度控制算法；
[0058]對(duì)象檢測，識(shí)別和停止/反轉(zhuǎn)算法關(guān)閉系統(tǒng)；
[0059]靈敏的環(huán)境學(xué)習(xí)算法；
[0060]用于非接觸障礙檢測的系統(tǒng)，基于接近度的速度控制或基于接觸的防夾系統(tǒng)一在飛行中；
[0061]傳感器不限于是I塊或2塊；
[0062]沿著傳感器的長度，傳感器可以劃分為不同的區(qū)域，根據(jù)應(yīng)用這些區(qū)域可以動(dòng)態(tài)地被激活/去激活；
[0063]除了區(qū)域，可以創(chuàng)建“死”區(qū)(被保護(hù)層/部分保護(hù)的區(qū)域)，其中，傳感器必須確定應(yīng)用適合的幾何形狀的金屬特性；
[0064]傳感器電極(蓋式傳感器)可與關(guān)閉系統(tǒng)附件即門穩(wěn)定器、橡膠緩沖器/類似功能配合，傳感器電極可保護(hù)沿傳感器本體的底部的成模的金屬制插入螺釘。
[0065]盡管具體的實(shí)施例已在前面的詳細(xì)描述中描述，以及在附圖中闡示，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，借助披露的整體啟示及其寬泛的發(fā)明構(gòu)思，可以對(duì)那些細(xì)節(jié)作出各種改動(dòng)和替代。這里描述的算法部分可以指模塊、指令、程序段和本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的其它術(shù)語；然而，這些術(shù)語僅用于方便描述，并不意味著要求功能或指令的分離。這里描述的系統(tǒng)和算法可以在微處理器執(zhí)行軟件、集成電路、FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)、其它電路和/或它們的結(jié)合中實(shí)施。因此，可以理解的是，用于NCOD的電容式傳感器的范圍不限于具體的舉例和這里披露的實(shí)施例，而試圖覆蓋權(quán)利要求書和任何和所有等同物定義的精神和范圍內(nèi)的改動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng),包括: (a)電容式傳感器；以及 (b)控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)提供適應(yīng)性興奮信號(hào)AES給所述電容式傳感器，所述AES根據(jù)所述電容式傳感器所在的環(huán)境配置，所述AES用于當(dāng)對(duì)象不在所述電容式傳感器的檢測區(qū)域時(shí)，在所述環(huán)境中，產(chǎn)生從所述電容式傳感器到所述控制系統(tǒng)的閾值電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，當(dāng)對(duì)象位于所述檢測區(qū)域時(shí)，所述電容式傳感器提供檢測電壓給所述控制系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包括自動(dòng)配置所述AES的指令，以及所述控制系統(tǒng)用于執(zhí)行所述指令。
4.如權(quán)利要求3所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述指令包括用于確定基線電壓是否位于所述電容式傳感器的基線上限值和基線下限值之內(nèi)的模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述指令包括用于根據(jù)環(huán)境/關(guān)閉位置調(diào)節(jié)所述AES的模塊，所述環(huán)境/關(guān)閉位置為使期望的基線輪廓達(dá)到上限/下限之內(nèi)的環(huán)境/關(guān)閉位置。
6.如權(quán)利要求5所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述環(huán)境為動(dòng)力關(guān)閉系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是防止水影響傳感器特性的。
8.如權(quán)利要求6所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)集成到所述動(dòng)力關(guān)閉系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力關(guān)閉系統(tǒng)包括基于接近度的速度控制算法。
10.如權(quán)利要求8所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力關(guān)閉系統(tǒng)包括對(duì)象檢測、識(shí)別和關(guān)閉中斷/逆轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求8所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力關(guān)閉系統(tǒng)包括基于接觸的防夾系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求2所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: (c)調(diào)制器，用于接收來自所述控制系統(tǒng)的第一時(shí)鐘信號(hào)，所述調(diào)制器與所述電容式傳感器相互連接； (d)同步解調(diào)器，用于接收來自所述電容式傳感器的第一信號(hào)，來自所述控制系統(tǒng)的第二時(shí)鐘信號(hào)，以及來自所述控制系統(tǒng)的第三時(shí)鐘信號(hào)，以及解調(diào)來自所述電容式傳感器的信號(hào)；以及 (e)放大器，用于放大來自所述同步解調(diào)器的第二信號(hào)，以及提供模擬輸出信號(hào)給所述控制系統(tǒng)，所述模擬輸出信號(hào)指示對(duì)象是否位于所述檢測區(qū)域。
13.如權(quán)利要求1所述的非接觸對(duì)象檢測系統(tǒng)，其中，所述電容式傳感器包括保護(hù)層，所述保護(hù)層由環(huán)境保護(hù)涂層覆蓋，所述環(huán)境保護(hù)涂層使所述傳感器防水。
14.一種檢測閉環(huán)中電容式傳感器的檢測區(qū)域中的對(duì)象的方法，所述方法包括: 提供適應(yīng)性興奮信號(hào)AES給控制系統(tǒng)中的所述電容式傳感器； 感應(yīng)所述電容式傳感器產(chǎn)生的檢測電壓； 將所述檢測電壓與閾值電壓進(jìn)行比較；以及 基于所述比較，確定所述對(duì)象是否位于所述檢測區(qū)域。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 根據(jù)所述控制系統(tǒng)執(zhí)行的指令，自動(dòng)配置所述閾值電壓，所述閾值電壓表示當(dāng)當(dāng)前沒有對(duì)象位于所述檢測區(qū)域時(shí)，由所述電容式傳感器產(chǎn)生的電壓。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述指令包括調(diào)節(jié)所述AES，以設(shè)置所述閾值電壓位于所述電容式傳感器的基線上限和下限之間。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述指令包括如果所述閾值電壓不小于所述基線上限，調(diào)節(jié)所述AES到更低的頻率。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述指令包括如果所述閾值電壓不大于所述基線下限，調(diào)節(jié)所述AES到更高的頻率。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述指令包括如果所述AES不能調(diào)節(jié)以提供位于所述基線上限和下限之間的閾值電壓，提供所述電容式傳感器錯(cuò)誤的指示。
20.一種提供電容式傳感器防水性的方法: (a)檢測由于電容式傳感器上的水滴導(dǎo)致的電壓降； (b)調(diào)節(jié)所述電容式傳感器和傳感器控制電子器件，使所述電容式傳感器具有一個(gè)新的頻率，以補(bǔ)償水滴的影響，所述新的頻率取決于傳感器增益。
【文檔編號(hào)】G01V3/08GK104136941SQ201280066688
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月22日
【發(fā)明者】雷金納德·C·格日爾斯, 瓦西姆·塔希爾, 約克·瑪特克維斯克, 加里·沃倫, 阿倫·昆, 史蒂夫·斯特恩 申請人:偉創(chuàng)力汽車公司