CN102951111A - 一种乘员乘坐识别装置和方法及汽车座椅 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种乘员乘坐识别装置，包括：检测单元；控制单元，与检测单元电连接；控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；模数转换器连接到控制器；模数转换器连接到采样保持电容的正极；采样保持电容的负极连接到外部电源负极端口；检测端口连接到所述检测单元；采样保持电容的正极可以在连接到参考电压源的状态和连接到检测端口的状态之间切换。本发明的实施例中，乘员乘坐识别装置和方法检测更为精确可靠，具有更高电磁环境抗干扰能力，具有更好电磁兼容性的，并且相对成本较低。

Description

一种乘员乘坐识别装置和方法及汽车座椅

技术领域

本发明涉及汽车领域的乘员乘坐识别领域，尤其是涉及一种乘员乘坐识别装置和方法及汽车座椅。

背景技术

现代道路交通技术近年来得到了持续迅速的发展，而在车辆乘用安全领域越来越多的采用了主被动乘员安全保护技术。应用在车辆安全气囊控制、安全带锁止等领域的车辆座椅乘员占用识别的传感器技术也应运而生，并随着现代汽车科技的发展也得到了不断的进步。

此类乘员乘坐占用识别传感器通过对车辆上乘员座椅的被占用情况，来判断和决定与该座椅位置相关的安全信号输出，进而决定诸如输出提醒信号、预置气囊起爆状态等。

乘员乘坐识别传感器的一种现有技术是采用位于座椅内的柔性压力开关进行人体存在的监测。当人体存在于座椅之上时，臀部压力直接使得座椅内部的压力传感开关触发，进而产生一定阻抗变化范围内的阻性通断电阻信号输出。根据此信号，相关控制回路来识别和判断乘员座椅的占用情况。

乘员乘坐识别传感器的另一种现有技术是采用RC振荡器等外源性振荡电路的频率检测方式，其采用高频振荡电压来驱动传感器的检测极板，通过检测外部物体在驱动频率下对检测极板的电容耦合情况，经运算系统进行耦合量的判断，进而实现传感器对乘员人体存在的判断。

由于车辆安全系统要求的不断提高，乘员乘坐识别传感器除了要求具有很高的系统判断可靠性之外，同时也不断要求系统具有良好的稳定性和性能价格比。但实际情况是，在目前的道路交通车辆的乘员乘坐识别传感领域，上述传感器由于传统技术的限制，都或多或少地存在着这样那样的一些问题或缺点。

在上述第一种采用压力开关技术的传感器中，当车辆使用一定时间后，由于乘员座椅长期承压颠簸、蠕动的作用，常常会发生传感器的部分传感点或回路局部损坏，从而导致系统功能失效的情况。且这类失效故障报警常常以相关安全系统报警的形式出现，极大造成了车辆使用者的困扰。在此类系统故障维修中，也会产生很高的费用。

在上述第二种采用外源性振荡器进行频率耦合检测的传感器中，由于需要在固定时间间隔内测量由于电容耦合而产生的频率改变，故完成每一次检测需要较长时间，这就对系统内部处理器的主频性能有较高要求，并且由于其易于受到传感检测极板对地频率漂移的影响，以及汽车车体内部众多电子产品产生的电磁波的干扰，使得设计此类产品的技术成本很高。同时，其振荡频率经传感电极板的辐射影响，亦对汽车电气的EMC电磁兼容性要求提出了严峻挑战，其产品在汽车行业的应用范围也受到了很大的限制。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种检测精确可靠的乘员乘坐识别装置和方法及汽车座椅。

本发明的目的之一是提供一种电磁兼容性好、抗干扰能力强的乘员乘坐识别装置和方法及汽车座椅。

本发明的目的之一是提供一种成本低的乘员乘坐识别装置和方法及汽车座椅。

本发明的实施例公开的技术方案包括：

提供了一种乘员乘坐识别装置，其特征在于，包括：检测单元；控制单元，所述控制单元与所述检测单元电连接；所述控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；所述模数转换器连接到所述控制器；所述控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；其中，所述模数转换器连接到所述采样保持电容的正极；所述采样保持电容的负极连接到所述外部电源负极端口，所述采样保持电容的正极还连接到所述参考电压源或者所述检测端口；所述检测端口连接到所述检测单元；其中，所述采样保持电容的正极可以在连接到所述参考电压源的状态和连接到所述检测端口的状态之间切换。

进一步地，所述检测单元包括检测电极和屏蔽电极，所述检测电极连接到所述检测端口，所述屏蔽电极连接到所述外部电源的负极；所述检测电极和所述屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

进一步地，所述屏蔽电极的面积大于所述检测电极的面积。

进一步地，所述模数转换器、所述采样保持电容和所述参考电压源集成在所述控制器中。

本发明的实施例还提供了一种汽车座椅，其特征在于，包括人体支撑部和乘员乘坐识别装置，其中，所述乘员乘坐识别装置包括：检测单元，所述检测单元设置在所述人体支撑部中；控制单元，所述控制单元与所述检测单元电连接；所述控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；所述模数转换器连接到所述控制器；所述控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；其中，所述模数转换器连接到所述采样保持电容的正极；所述采样保持电容的负极连接到所述外部电源负极端口，所述采样保持电容的正极还连接到所述参考电压源或者所述检测端口；所述检测端口连接到所述检测单元；其中，所述采样保持电容的正极可以在连接到所述参考电压源的状态和连接到所述检测端口的状态之间切换。

进一步地，所述检测单元包括检测电极和屏蔽电极，所述检测电极连接到所述检测端口，所述屏蔽电极连接到所述外部电源的负极；所述检测电极和所述屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

进一步地，所述屏蔽电极的面积大于所述检测电极的面积。

本发明的实施例还提供了一种乘员乘坐识别方法，其特征在于，包括：提供一种乘员乘坐识别装置，所述乘员乘坐识别装置包括：检测单元；控制单元，所述控制单元与所述检测单元电连接；所述控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；所述模数转换器连接到所述控制器；所述控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；其中，所述模数转换器连接到所述采样保持电容的正极；所述采样保持电容的负极连接到所述外部电源负极端口，所述采样保持电容的正极还连接到所述参考电压源或者所述检测端口；所述检测端口连接到所述检测单元；其中，所述采样保持电容的正极可以在连接到所述参考电压源的状态和连接到所述检测端口的状态之间切换；

使所述采样保持电容的正极连接到所述参考电压源，使所述采样保持电容充电；

使所述采样保持电容的正极连接到所述检测端口；

用所述模数转换器对所述采样保持电容进行采样，获得检测电压；

根据所述检测电压确定是否有乘员乘坐。

进一步地，所述检测单元包括检测电极和屏蔽电极，所述检测电极连接到所述检测端口，所述屏蔽电极连接到所述外部电源的负极；所述检测电极和所述屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

进一步地，所述根据所述检测电压确定是否有乘员乘坐包括：比较所述检测电压和第一检测阈值，当所述检测电压大于所述第一检测阈值时，判定没有乘员乘坐；比较所述检测电压和第二检测阈值，当所述检测电压小于所述第二检测阈值时，判定有乘员乘坐。

本发明的实施例中，乘员乘坐识别装置和方法检测更为精确可靠，具有更高电磁环境抗干扰能力，具有更好电磁兼容性的，并且相对成本较低，可以有效地降低目前车辆上此类乘员乘坐识别装置故障高的问题，提高乘员乘坐识别装置的稳定性，大幅度降低乘员乘坐识别装置的成本。通过本发明的技术的应用，可以显著提高车辆的乘员安全装备水平，加强道路交通工具的乘员安全保护性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的乘员乘坐识别装置的示意图；

图2为本发明一个实施例的乘员乘坐识别装置的简化结构示意图；

图3为本发明一个实施例的检测电压的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的一种乘员乘坐识别装置和方法及汽车座椅进行详细的说明。

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种乘员乘坐识别装置00包括检测单元20和控制单元10，检测单元20和控制单元10通过导线31电连接。控制单元10还通过另一导线32连接到连接器30，这样本发明实施例的乘员乘坐识别装置可以通过该连接器30连接到汽车中的其它系统，例如电源、安全带提示报警系统、气囊控制系统或者其它控制器或其它系统等等。

本发明的一个实施例中，检测单元20可以包括检测电极21和屏蔽电极22，检测电极21和屏蔽电极22之间设有绝缘介质层。这样，检测电极21、绝缘介质层和屏蔽电极22实际上形成了一个检测电容，其中检测电极21为该检测电容的正极，屏蔽电极22为该检测电容的负极。

本发明的实施例中，还包括一种汽车座椅，汽车座椅可以包括人体支撑部，该人体支撑部供人（乘员）乘坐并支撑人体。前述的检测单元20可以设置在汽车座椅的人体支撑部中，其中检测电极21可以位于更靠近人体的一侧。控制单元10可以是也被设置在汽车座椅上的任何适当的位置，例如被设置在汽车座椅的人体支撑部中或者汽车座椅的其它部分中，也可以是被设置在汽车中的其它位置而不是设置在汽车座椅上。

本发明的一个实施例中，其中屏蔽电极22的面积可以大于检测电极21的面积，这样，可以对检测电极21提供更好的电磁屏蔽，防止汽车中其它方向的元件或者其它座椅上的人体影响本座椅中的检测单元20，从而提供乘员乘坐识别装置的可靠性。

如图2所示，本发明的一个实施例中，乘员乘坐识别装置00的控制单元10包括控制器3、模数转换器11、采样保持电容12和参考电压源15，模数转换器11连接到控制器3上。该控制单元10还可以包括电源正极端口16、电源负极端口17和检测端口18。电源正极端口16连接到外部电源正极，电源负极端口17连接到外部电源负极。检测端口18连接到检测单元20。例如，检测端口18可以连接到检测单元20的检测电极21（即前述的检测电容的正极）上，相应地此时检测单元20的屏蔽电极22（即前述的检测电容的负极）可以连接到外部电源负极。

模数转换器11连接到采样保持电容12的正极；采样保持电容12的负极连接到电源负极端口17，即连接到外部电源的负极；采样保持电容12的正极还可以连接到参考电压源15或者检测端口18。

本发明的实施例中，采样保持电容12可以连接到参考电压源15或者连接到检测端口18，并且可以在这两种连接状态之间切换。也就是说，采样保持电容12可以处于连接到参考电压源15的状态，也可以处于连接到检测端口18的状态，并且可以在连接到参考电压源15的状态和连接到检测端口18的状态之间切换。这种切换例如可以通过切换装置14实现。本发明的实施例中，这种切换装置14可以是虚拟的装置，即通过软件实现采样保持电容12的两个连接状态之间的切换；也可以是实际的装置，即通过实际的电子器件实现采样保持电容12的两个连接状态之间的切换。具体的实现这种切换的软件、方法或者电子器件可以使用本领域内常用的软件、方法或者电子器件，例如，使用单片机内部端口软件置换或半导体开关管切换等等，在此不再详细描述。

本发明的另外的实施例中，该控制单元10还可以包括通信端口19，该通信端口19可以与汽车中的其它系统进行数据通信，可以将乘员乘坐识别装置中的相关数据发送到其它系统或者从其它系统接收数据。该通信端口19可以是任何适合于与其它系统进行数据通信的有线的或者无线的通信端口。

本发明的实施例中，优选地，前述的模数转换器11、采样保持电容12和参考电压源15可以是集成在控制器3中。容易理解，本发明的其它的实施例中，模数转换器11、采样保持电容12和参考电压源15也可以是与控制器3分离的单独元件。

本发明的实施例中，控制器3可以是任何适合于执行控制功能的电子器件，比如单片机、微处理器、可编程逻辑器件等等。

下面举例说明本发明实施例中使用该乘员乘坐识别装置进行乘员乘坐识别的方法。

当本发明的实施例中的乘员乘坐识别装置00加电工作时，控制单元10内部的控制器3加电工作。首先，控制器3控制采样保持电容的正极通过切换装置14与参考电压源15接通，此时采样保持电容12在参考电压源15的回路作用下，进入充电状态，从而使采样保持电容12充电。当该采样保持电容12充电完成后，其电容的正极端会产生一个与参考电压源15基本相等的电压值。由于此时控制器3内部模拟通道并未与外部的检测单元20相连，因此该电压值并不受外部的检测单元20的使用状态的影响，故可以作为检测初始状态的参考电压值V1被控制器3采样并记忆。

然后，控制器3内的切换装置14转换到检测端口18，使采样保持电容的正极与外部的检测单元20连通，进行外部的检测单元20的占用状态的检测。如前文所述，该检测单元20设置在汽车座椅的人体支撑部中。

当车辆内部有乘员乘坐在座椅上，即坐在汽车座椅的人体支撑部上时，由于人体的存在会导致检测单元20形成的检测电容的电容值发生改变。由于检测单元20通过检测端口18经过控制器3的模数转换器11的端口与采样保持电容12构成并联关系，此时，内部电荷会从电势较高的采样保持电容12的正极端流向检测单元20的检测电容的正极端（即前述的检测电极21）。进而，该采样保持电容12上的正极端的电压值会由于电容分压作用而有所下降，并形成新的乘员有载情况下的电压值V2，此时控制器3通过模数转换器11采集采样保持电容12上的电压，即可获得检测电压。

控制器3监测采样保持电容12上的检测电压，根据该检测电压确定是否有乘员乘坐，即确定汽车座椅上是否坐下了乘员。

本发明的一个实施例中，根据检测电压确定是否有乘员乘坐可以包括：

比较检测电压U_d和第一检测阈值U₁，当检测电压U_d大于第一检测阈值U₁时，判定没有乘员乘坐；

比较检测电压U_d和第二检测阈值U₂，当检测电压U_d小于第二检测阈值U₂时，判定有乘员乘坐。

例如，图3为本发明一个实施例的乘员乘坐识别装置00的检测电压的示意图，其中坐标横轴为工作时间的变化，坐标纵轴反映了乘员乘坐识别装置00的前述的检测电压U_d（即前述的采样保持电容12的正极端的电压）的变化。

在图中，乘员乘坐识别装置00加电检测初期，当座椅上无人时，即检测单元20未感受的由于人体引起的其检测电容的正极端的电容值变化。在此时间段内，检测电压U_d（即前述的采样保持电容12的正极端的电压）如图3中曲线41所示，呈现为较高电压，其电压值会高于控制器3内预先设定的第一检测阈值U₁（42）。

当座椅上有人时，即检测单元20可以检测到由于人体引起的其检测电容的正极端的电容值变化。在此时间段内，检测电压U_d（即前述的采样保持电容12的正极端的电压）由于检测单元20的检测电容的正极端的分压作用而降低，如图3中曲线43所示例，,呈现为较低的电压，其电压值会低于控制器3内预先设定的第二检测阈值U₂（44）。

因此，本发明的实施例中，控制器3比较检测电压（即前述的采样保持电容12的正极端的电压）和第一检测阈值和第二检测阈值，当检测电压大于第一检测阈值时，判定座椅上没有乘员乘坐；当检测电压小于第二检测阈值时，判定座椅上有乘员乘坐。

本发明的实施例中，第一检测阈值和第二检测阈值可以根据实际情况而设定。

本发明的实施例中，检测单元20的电压信号还可以经过控制器3的程序抗干扰处理及判断。这样可以更好地滤除负载外部环境引起的扰动，使本发明的乘员乘坐识别装置00处于更加稳定的工作状态中。

因此，本发明的实施例中，提供了一种乘员乘坐识别装置，该乘员乘坐识别装置包括：检测单元；控制单元，控制单元与检测单元电连接；控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；模数转换器连接到控制器；控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；

其中，模数转换器连接到采样保持电容的正极；采样保持电容的负极连接到外部电源负极端口，采样保持电容的正极还连接到参考电压源或者检测端口；检测端口连接到检测单元；

其中，采样保持电容的正极可以在连接到参考电压源的状态和连接到检测端口的状态之间切换。

一个实施例中，检测单元包括检测电极和屏蔽电极，检测电极连接到检测端口，屏蔽电极连接到外部电源的负极；检测电极和屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

一个实施例中，屏蔽电极的面积大于检测电极的面积，且屏蔽电极的边缘包围检测电极的边缘。

一个实施例中，模数转换器、采样保持电容和参考电压源集成在控制器中。

本发明的实施例中还提供了一种汽车座椅，包括人体支撑部和乘员乘坐识别装置，其中，乘员乘坐识别装置包括：检测单元，检测单元设置在人体支撑部中；控制单元，控制单元与检测单元电连接；控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；模数转换器连接到控制器；控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；

其中，模数转换器连接到采样保持电容的正极；采样保持电容的负极连接到外部电源负极端口，采样保持电容的正极还连接到参考电压源或者检测端口；检测端口连接到检测单元；

其中，采样保持电容的正极可以在连接到参考电压源的状态和连接到检测端口的状态之间切换。

一个实施例中，检测单元包括检测电极和屏蔽电极，检测电极连接到检测端口，屏蔽电极连接到外部电源的负极；检测电极和屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

一个实施例中，屏蔽电极的面积大于检测电极的面积，且屏蔽电极的边缘包围检测电极的边缘。

本发明的实施例还提供了一种乘员乘坐识别方法，包括：提供一种乘员乘坐识别装置，乘员乘坐识别装置包括：检测单元；控制单元，控制单元与检测单元电连接；控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；模数转换器连接到控制器；控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；其中，模数转换器连接到采样保持电容的正极；采样保持电容的负极连接到外部电源负极端口，采样保持电容的正极还连接到参考电压源或者检测端口；检测端口连接到检测单元；其中，采样保持电容的正极可以在连接到参考电压源的状态和连接到检测端口的状态之间切换；

使采样保持电容的正极连接到参考电压源，使采样保持电容充电；

使采样保持电容的正极连接到检测端口；

用模数转换器对采样保持电容进行采样，获得检测电压；

根据检测电压确定是否有乘员乘坐。

一个实施例中，检测单元包括检测电极和屏蔽电极，检测电极连接到检测端口，屏蔽电极连接到外部电源的负极；检测电极和屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

一个实施例中，根据检测电压确定是否有乘员乘坐包括：比较检测电压和第一检测阈值，当检测电压大于第一检测阈值时，判定没有乘员乘坐；比较检测电压和第二检测阈值，当检测电压小于第二检测阈值时，判定有乘员乘坐。

本发明的实施例中，乘员乘坐识别装置和方法检测更为精确可靠，具有更高电磁环境抗干扰能力，具有更好电磁兼容性的，并且相对成本较低，可以有效地降低目前车辆上此类乘员乘坐识别装置故障高的问题，提高乘员乘坐识别装置的稳定性，大幅度降乘员乘坐识别装置的成本。通过本发明的技术的应用，可以显著提高车辆的乘员安全装备水平，加强道路交通工具的乘员安全保护性。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种乘员乘坐识别装置，其特征在于，包括：

检测单元；

控制单元，所述控制单元与所述检测单元电连接；所述控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；所述模数转换器连接到所述控制器；所述控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；

其中，所述模数转换器连接到所述采样保持电容的正极；所述采样保持电容的负极连接到所述外部电源负极端口，所述采样保持电容的正极还连接到所述参考电压源或者所述检测端口；所述检测端口连接到所述检测单元；

其中，所述采样保持电容的正极可以在连接到所述参考电压源的状态和连接到所述检测端口的状态之间切换。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述检测单元包括检测电极和屏蔽电极，所述检测电极连接到所述检测端口，所述屏蔽电极连接到所述外部电源的负极；所述检测电极和所述屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述屏蔽电极的面积大于所述检测电极的面积。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模数转换器、所述采样保持电容和所述参考电压源集成在所述控制器中。

5.一种汽车座椅，其特征在于，包括人体支撑部和乘员乘坐识别装置，其中，所述乘员乘坐识别装置包括：

检测单元，所述检测单元设置在所述人体支撑部中；

控制单元，所述控制单元与所述检测单元电连接；所述控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；所述模数转换器连接到所述控制器；所述控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；

其中，所述模数转换器连接到所述采样保持电容的正极；所述采样保持电容的负极连接到所述外部电源负极端口，所述采样保持电容的正极还连接到所述参考电压源或者所述检测端口；所述检测端口连接到所述检测单元；

其中，所述采样保持电容的正极可以在连接到所述参考电压源的状态和连接到所述检测端口的状态之间切换。

6.如权利要求5所述的汽车座椅，其特征在于：所述检测单元包括检测电极和屏蔽电极，所述检测电极连接到所述检测端口，所述屏蔽电极连接到所述外部电源的负极；所述检测电极和所述屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

7.如权利要求5所述的汽车座椅，其特征在于：所述屏蔽电极的面积大于所述检测电极的面积。

8.一种乘员乘坐识别方法，其特征在于，包括：

提供一种乘员乘坐识别装置，所述乘员乘坐识别装置包括：

检测单元；

控制单元，所述控制单元与所述检测单元电连接；所述控制单元包括控制器、模数转换器、采样保持电容和参考电压源；所述模数转换器连接到所述控制器；所述控制单元设有外部电源负极端口和检测端口；

其中，所述模数转换器连接到所述采样保持电容的正极；所述采样保持电容的负极连接到所述外部电源负极端口，所述采样保持电容的正极还连接到所述参考电压源或者所述检测端口；所述检测端口连接到所述检测单元；

其中，所述采样保持电容的正极可以在连接到所述参考电压源的状态和连接到所述检测端口的状态之间切换；

使所述采样保持电容的正极连接到所述参考电压源，使所述采样保持电容充电；

使所述采样保持电容的正极连接到所述检测端口；

用所述模数转换器对所述采样保持电容进行采样，获得检测电压；

根据所述检测电压确定是否有乘员乘坐。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述检测单元包括检测电极和屏蔽电极，所述检测电极连接到所述检测端口，所述屏蔽电极连接到所述外部电源的负极；所述检测电极和所述屏蔽电极之间设有绝缘介质层。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述根据所述检测电压确定是否有乘员乘坐包括：

比较所述检测电压和第一检测阈值，当所述检测电压大于所述第一检测阈值时，判定没有乘员乘坐；

比较所述检测电压和第二检测阈值，当所述检测电压小于所述第二检测阈值时，判定有乘员乘坐。

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