CN103635120A - 用于检测机动车座椅占用的占用检测装置 - Google Patents

用于检测机动车座椅占用的占用检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测机动车座椅占用的占用检测装置，具有：-电谐振电路(2)，其包括第一和第二电感(L1、L2)，以及至少一个传感器元件(3)；-用于将交流电压施加至谐振电路(2)的装置；-用于确定谐振电路(2)中至少一个电特性变量(U2)的装置(6)，其中，由于传感器元件(3)周围的改变，电谐振电路(2)经历改变，使得基于确定的电特性变量(U2)，能够检测座椅占用；以及-第一和第二终端(11、12)，经由它们，加热控制器(4)能够与占用检测装置(1)连接，以便能够同时作为加热器操作传感器元件(3)，其中，第一和第二终端(11、12)被布置为，使得通过加热控制器(4)在所述终端(11、12)处提供的直流电经由第一和第二电感(L1、L2)被馈送至传感器元件(3)。

Description

用于检测机动车座椅占用的占用检测装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的用于检测机动车座椅占用的占用检测装置。
背景技术
从现有技术，传感器(占用传感器)是已知的，经由其能够确定车辆座椅是否被车辆乘客占用。传感器确定的座椅占用的信息特别用于控制车辆乘客限制系统。例如在DE4338285A1中描述了集成入车辆座椅的占用传感器。
发明内容
本发明将解决的问题包括创造一种用于占用检测的占用检测装置，其以可能的最简单的方式而使用。
通过具有根据权利要求1的特征的占用检测装置而解决了这一问题。本发明的发展在从属权利要求中诠释。
因此，这里提供了一种用于检测机动车座椅占用的占用检测装置，包括
-电谐振电路，其包括第一和第二电感，以及至少一个传感器元件；
-用于使用交流电压为谐振电路充电的装置；
-用于确定谐振电路中至少一个电参数的装置，其中，由于传感器元件周围的改变，电谐振电路经历改变，使得参考确定的电参数，能够检测座椅占用；以及
-第一和第二终端，经由它们，加热控制器能够占用检测装置连接，以便能够同时作为加热器操作传感器元件，其中，第一和第二终端被布置为，使得通过加热控制器在所述终端处提供的直流电经由第一和第二电感被供应至传感器元件。
经由根据本发明的占用检测装置的第一和第二终端，加热控制器向传感器元件内馈入直流电压，通过连接加热控制器，传感器元件可同时用作加热器。由于这样的事实，即经由第一和第二电感实现了向传感器元件馈入直流电压，通过加热控制器耦合的直流电压与在占用检测装置的操作期间被馈入至谐振电路的交流电压不耦合。因而，使用交流电压为谐振电路充电且确定谐振电路的一个电参数(或多个电参数)，而不中断传感器元件的加热操作是可能的，也就是，不必须将加热控制器与占用检测装置流电隔离。
例如，第一电感的输入端与占用检测装置的第一终端连接，并且第二电感的输入端与占用检测装置的第二终端连接。将加热控制器与占用检测装置的第一和第二终端连接之后，加热控制器因而分别与第一电感的输入端和第二电感的输入端连接。
加热控制器特别是加热器ECU(ECU=电子控制单元)，其连接于例如车辆电池，该电池提供待经由加热控制器耦合至占用检测装置的直流电。
根据本发明的另一方面，传感器元件包括第一终端(例如，以第一末端的形式提供)，其与第一电感的输出端连接，且通过第二终端(例如，通过第二末端)与第二电感的输出端连接。
此外，根据本发明的占用检测装置可以包括与第一电感的输入端连接的第一电容，以及与第二电感的输入端连接的第二电容。
特别地，第一和第二电容分别可与相同参考电位(特别地，与车辆地)连接。由于第一和第二电容(以及它们与车辆地或其它共同电位的连接)，在第一和第二电感之间获得了用于较高频率的连接传导，也就是交流电压短路，借此，当没有加热控制器与根据本发明的占用检测装置连接的时候，谐振电路的至少一个电参数的确定和因而的座椅占用的确定也是可能的。因此，当仅有传感器用于确定座椅占用、也就是没有加热功能时，根据本发明的占用检测装置也是可用的。
此外，经由第一和第二电容实现的交流电压短路，提供用于本质上独立于加热控制器的容限的座椅占用的确定，并且还用于与占用检测装置连接的加热器控制失效，或在加热控制器和根据本发明的占用检测装置的连接中断或损坏的情形。
应注意的是，占用检测装置被形成用于检测“座椅”占用的措辞并不必须意味着占用检测装置或至少传感器元件必须布置于机动车的车辆座椅内。这是可想象的，其中特别地，传感器元件布置于机动车的座椅表面和／或靠背。然而，还可能的是，传感器元件布置于机动车方向盘内或方向盘处。当然还可能的是，提供多个传感器元件，例如，其中一个集成于车辆座椅内，且另一个布置于方向盘内或方向盘处。例如，占用检测装置包括多个谐振电路，特别地，每个关联一个传感器元件。
在传感器元件布置在车辆座椅内的情形中，当座椅被车辆乘客占用时，出现另一个电容和另一个电阻作为谐振电路的附加部件，使得可通过根据本发明的占用检测装置确定的电参数(例如，谐振电路的谐振频率，见下文)被改变。经由电参数的这一改变，可以检测车辆座椅的占用。
如果传感器元件布置在机动车的方向盘中，通过车辆乘客触摸方向盘而产生另一个电容和另一个电阻，使得与座椅集成的传感器元件类似，由占用检测装置测量的谐振电路的电参数被改变。
在操作中由占用检测装置确定的谐振电路的“电参数”特别是在谐振电路的一点处获取的电压，其中参考这一电压，可以确定例如谐振电路的谐振频率和／或谐振振幅。当座椅被占用时，由于车辆乘客与车辆座椅的乘坐表面的接触和／或与方向盘的接触，导致谐振频率或谐振振幅被改变，从而可以参考这些参数的改变而检测座椅的占用。
例如，传感器元件包括导电结构，其可被集成入车辆的车辆座椅或方向盘内。例如，导电结构是电力线路(例如，电线)或布置在承载元件上的电导体通道。可以想像，初始地，仅有传导结构而没有占用检测装置的其余部件布置在座椅内(或方向盘内)，并且其余部件仅随后被安装在车内(特别地，在与传导结构不同的另一点处)并且与传导结构电连接。
应注意的是，本发明并不被限制于电力线路或传导通道作为传感器元件的使用。此外，还可想到的是，例如平面元件被用作传感器元件。
特别地，第一和第二电感由第一和第二线圈形成，其中，例如，线圈的直流电阻与传感器元件的直流电阻相比十分小，从而不干扰传感器元件的加热功能。例如，两个线圈每一个的直流电阻不大于传感器元件的直流电阻的十分之一或百分之一。特别地，每个线圈的直流电阻处在毫欧姆范围内，同时传感器元件的直流电阻处在欧姆范围内。
根据本发明的另一方面，用于使用交流电压为谐振电路充电的装置包括压控振荡器，也就是“VCO”(压控振荡器)。此外，用于使用交流电压为谐振电路充电的装置可以包括与压控振荡器配合的正弦波整形器。此外，可以想像，用于确定电参数的装置形成为用于确定电谐振电路的谐振频率和／或谐振振幅。例如，这些装置包括相应设计的微控制器和／或峰到峰检测器。
根据本发明的另一发展，电谐振电路包括与另一个电感串联连接的电容。此外，可以提供附加电感，其与所述另外的电感和电容串联连接。例如，经由用于确定谐振电路属性的装置，确定电容与附加电感串联连接的端部的电压。
本发明还涉及一种用于机动车的车辆座椅布置，其具有车辆座椅和如上所述的根据本发明的占用检测装置，其中，传感器元件布置在车辆座椅内。此外，如上所述，占用检测装置可以与加热控制器连接。
此外，本发明还涉及一种用于机动车的方向盘布置，其具有方向盘和如上所述的根据本发明的占用检测装置，其中，传感器元件布置在方向盘内或方向盘处。在此同样，如上所述，根据本发明的占用检测装置可以与加热控制器连接。
附图说明
随后，将参考附图，通过示例性实施例详细解释本发明，其中：
附图1示出了根据本发明的示例性实施例的占用检测装置；
附图2示出了附图1的占用检测装置的交流电压等效电路图；以及
附图3示出了附图1的占用检测装置的谐振特性。
具体实施方式
如附图1所示的根据本发明的占用检测装置1，用于检测机动车座椅的占用，其特别地以CIS单元(电容性内部传感单元)的方式形成，包括具有电谐振电路2的电路系统。电谐振电路2包括第一和第二电感L1、L2以及另一个电感L3、电阻R3和电容C3的串联连接。
此外，占用检测装置1的电谐振电路2包括以卷绕的导电传感器导线3的形式提供的传感器元件，其中，以传感器导线3的第一末端31的形式提供的第一终端与第一电感L1连接，以传感器导线3的第二末端32的形式提供的第二终端与第二电感L2连接。传感器导线3的第一末端31还与另一个电容C4连接，经由它，可以执行谐振电路的调谐(见下文)。如将在下文解释的，经由传感器导线3，传感器导线周围的改变和因此的座椅占用可被记录。
电感L1、L2各自的没有与传感器导线3连接的另一端各自与占用检测装置1的终端11、12连接，其中，加热控制器(“加热器ECU”)4经由终端11、12连接至占用检测装置1。加热控制器4包括触点41、42，经由它们，在终端11、12处提供直流电，其经由第一和第二电感L1、L2被供应至传感器导线3，从而传感器导线3可不仅作为传感器元件，还作为加热元件操作。
与终端11、12连接的第一和第二电感L1、L2的输入端，还分别与另外的电容C1和C2连接，其中，电容C1、C2分别利用没有与电感连接的终端而与车辆地(或其它参考电位)连接。经由电容C1、C2，在电感L1、L2之间获得了交流电压短路，使得即使在没有加热控制器4的情形中，或者当加热控制器4与占用检测装置1分离时，传感器导线3也可被充入交流电，也就是，经由传感器导线的占用检测在这些情形中还是可能的。
例如，经由开关43(例如，以“高侧开关”的形式提供，也就是，与加热控制器4的其它触点相比，与更高电位连接的开关)，加热控制器4的触点41与提供电压(“Ubat”)的电池连接。加热控制器4的第二触点42可以同样地，例如，经由一个开关(例如，以“低侧开关”的形式提供)与另一电位连接，特别是车辆地45。
根据本发明的占用检测装置1进一步包括用于使用交流电压为谐振电路2充电的装置5，其中，经由电感L1、L2，实现了由加热控制器4馈入的直流电压不与由装置5馈入的交流电压耦合。此外，占用检测装置1包括用于确定谐振电路中的电参数的装置6，其特别包括微控制器61和峰至峰检测器62。
占用检测装置1的电路系统也在附图2的等效电路图中示出。因此，用于使用交流电压为谐振电路2充电的装置包括函数发生器G，其由压控振荡器51和正弦波整形器52(附图1)组成，且其经由第一终端与电感L3、电阻R3和电容C3的串联连接相连，并通过第二终端与参考电位(特别是车辆地)连接。电感L1和L2同样与车辆地连接，其中，这一连接特别经由附图1示出的电容C1和C2而实现。
经由函数发生器G，具有频率f的交流电压U1被馈入谐振电路2，并且在电感L3、电阻R3和电容C3的串联连接的输出处，测量以电压U2形式提供的电参数。电压U2取决于被馈入的电压U1的频率f，其中电压U2在谐振电路2的谐振频率fx处具有其最大值。这一谐振频率fx当然基于谐振电路2的部件的电参数，也就是，基于两个电感L1、L2和串联连接的部件电感L3、电阻R3和电容C3以及电容C4。
在车内安装根据本发明的占用检测装置之后，一旦与占用检测装置相关的座椅被占用，谐振电路2经历改变，因为在传感器导线3的区域中出现附加电容Cx和附加电阻Rx。因此，基于座椅是否被占用，且还基于占用类型(例如，基于车辆乘客占用该座椅的尺寸)，在谐振电路中测量的电压U2改变。相应地，经由U2确定的谐振频率(即，电压U2具有最大值处的频率)和谐振振幅(即，电压U2的量或峰-峰值)改变。
应注意的是，电容C1、C2和传感器导线3的电阻已经在附图2的等效电路图中被忽略，由于它们的(静)电阻值与被馈入的电压的频率f和参数Cx和Rx相比是很小的。
例如，传感器导线3可集成入车辆座椅的座椅表面，其中，一旦车辆座椅被车辆乘客占用，获得了电容Cx(占用电容)和电阻Rx(占用电阻)作为谐振电路的附加部件。因此，一旦车辆座椅被占用，测量到与未占用情形相比改变的谐振频率以及改变的谐振振幅，从而通过确定电压U2具有其最大值处的频率，可以确定车辆座椅是否被占用。特别地，谐振电路的谐振频率与Cx成反比。
另一方面，在谐振频率处的电压U2的量(也就是，谐振振幅)与附加电阻Rx成正比。
当传感器导线3布置在车辆方向盘内或方向盘处时，也获得了附加电容Cx和附加电阻Rx，从而可类似地应用上述的占用检测过程。特别地，电容Cx基于车辆乘客是否触摸方向盘而改变，从而触摸方向盘和因而的座椅占用可经由谐振电路的谐振频率的确定(或经由谐振频率的改变的确定)而确定。
在下文中，将参考附图3通过座椅集成的传感器导线3的示例方式解释占用检测。这一附图示出了电压U2(y轴)关于频率(x轴)的测量，其中输入电压U1已经在特定频率范围上改变。
测量曲线A涉及儿童座椅布置在车辆座椅上的情形，其中电压U2在频率FA(谐振电路的谐振频率)处达到最大值。然而，曲线B涉及男子作为车辆乘客占用车辆座椅的情形，其中该男子产生了比儿童座椅更大的电容Cx。在这一情形中，谐振电路的谐振频率fB小于儿童座椅的情形，使得(特别在占用检测装置的校准之后)可以参考谐振频率的位置而获取占用分类，也就是，不仅确定车辆座椅是否已经被占用，还可确定存在何种类型的占用。
曲线A’和B’每个涉及车辆座椅的潮湿情况，其导致了较小的电阻Rx以及因而每个更大的谐振振幅(电压U2的最大振幅)或谐振电路的品质因数。因此，当使用谐振频率和谐振振幅二者时，可以实现精确的占用分类。
谐振电路的谐振频率的位置可特别经由电容C4而被调整，使得基于电容Cx和Rx的谐振频率所处的频率范围可经由电容C4的选择而被预调整。通过电感L3、电容C3和／或电阻R3的设计，可预调整最大谐振振幅。
如上已经提到的，经由VCO51和正弦波整形器52实现了交流电压的产生，使得具有恒定振幅的正弦曲线电压形式的交流电压被馈入谐振电路2，其频率可通过VCO装置而改变。经由微控制器61实现了找到和测量谐振电路的谐振频率，同时，以基于频率的方式使用峰至峰检测器62确定了电压U2的振幅。特别地，参考谐振频率以及在谐振频率处测量的峰到峰电压(电压U2)实现了占用分类。
附图标记列表
1 占用检测装置
2 谐振电路
3 传感器导线
4 加热控制器
5 用于使用交流电压为谐振电路充电的装置
6 用于确定电参数的装置
11 第一终端
12 第二终端
31 第一末端
32 第二末端
41 第一触点
42 第二触点
43 第一开关
44 第二开关
45 车辆地
51 VCO
52 正弦波整形器
61 微控制器
62 峰到峰值检测器
L1 第一电感
L2 第二电感
L3 另一电感
C1-C4 电容
R3 电阻

Claims (15)

1.一种用于检测机动车座椅占用的占用检测装置，包括：
-电谐振电路(2)，所述电谐振电路(2)包括第一和第二电感(L1、L2)，以及至少一个传感器元件(3)；
-用于使用交流电压为所述谐振电路(2)充电的装置；
-用于确定在所述谐振电路(2)中至少一个电参数(U2)的装置(6)，其中，由于所述传感器元件(3)周围的改变，所述电谐振电路(2)经历改变，使得参考所述确定的电参数(U2)，能够检测所述座椅的占用；以及
-第一和第二终端(11、12)，经由它们，加热控制器(4)能够与所述占用检测装置(1)连接，以便能够同时作为加热器操作所述传感器元件(3)，其中，所述第一和第二终端(11、12)被布置为，使得通过所述加热控制器(4)在所述第一和第二终端(11、12)处提供的直流电经由所述第一和第二电感(L1、L2)被供应至所述传感器元件(3)。
2.如权利要求1所述的占用检测装置，其特征在于，所述第一电感(L1)的输入端与所述第一终端(11)连接，并且所述第二电感(L2)的输入端与所述第二终端(12)连接。
3.如权利要求2所述的占用检测装置，其特征在于，所述传感器元件(3)包括：与所述第一电感(L1)的输出端连接的第一终端(31)；以及与所述第二电感(L2)的输出端连接的第二终端(32)。
4.如权利要求2或3所述的占用检测装置，其特征在于，与所述第一电感(L1)的输入端连接的第一电容(C1)；以及与所述第二电感(L2)的输入端连接的第二电容(C2)。
5.如权利要求4所述的占用检测装置，其特征在于，所述第一和所述第二电容(C1、C2)分别包括：分别与所述第一和所述第二电感(L1、L2)连接的第一终端；以及可与参考电位连接的第二终端。
6.如前述权利要求中的任一项所述的占用检测装置，其特征在于，所述传感器元件(3)包括导电结构，所述导电结构能够被集成入车辆的车辆座椅和／或方向盘内。
7.如前述权利要求中的任一项所述的占用检测装置，其特征在于，所述第一和所述第二电感(L1、L2)由第一和第二线圈形成。
8.如权利要求7所述的占用检测装置，其特征在于，所述两个线圈每一个的直流电阻不大于所述传感器元件(3)的直流电阻的十分之一或百分之一。
9.如前述权利要求中的任一项所述的占用检测装置，其特征在于，所述电谐振电路(2)包括与另一个电感(L3)串联连接的电容(C3)。
10.如前述权利要求中的任一项所述的占用检测装置，其特征在于，所述用于使用交流电压为所述谐振电路充电的装置包括压控振荡器(51)。
11.如权利要求10所述的占用检测装置，其特征在于，所述用于使用交流电压为所述谐振电路充电的装置包括与所述压控振荡器(51)配合的正弦波整形器(52)。
12.如前述权利要求中的任一项所述的占用检测装置，其特征在于，用于确定电参数(U2)的所述装置(6)形成为用于确定所述电谐振电路(2)的谐振频率和／或谐振振幅。
13.如权利要求12所述的占用检测装置，其特征在于，用于确定电参数(U2)的所述装置(6)包括峰至峰检测器(62)，通过所述峰至峰检测器(62)确定在所述谐振电路中的电压。
14.一种用于机动车的车辆座椅布置，其特征在于，车辆座椅和根据前述权利要求中的任一项所述的占用检测装置(1)，其中，所述传感器元件(3)布置在所述车辆座椅中。
15.一种用于机动车的方向盘布置，其特征在于，方向盘和根据权利要求1至13中的任一项所述的占用检测装置(1)，其中，所述传感器元件(3)布置在所述方向盘中或所述方向盘处。
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