CN1341061A - 座椅乘员重量的传感方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种座椅乘员重量的测量系统用于对安全气囊膨胀的控制。该系统内置于由内侧滑轨总成(26A)和外侧滑轨总成(26B)支撑的车座上。所述内侧滑轨总成和外侧滑轨总成安装在车体结构上并使其中间轨道部分悬空。第一传感器组件(38、40)装在内侧滑轨总成(26A)上,第二传感器组件(58、60)装在外侧滑轨总成(26B)上。第一传感器组件响应于内侧滑轨总成因座椅乘员重量而产生的变形而产生第一信号;第二传感器组件响应于外侧滑轨总成因座椅乘员重量而产生的变形而产生第二信号。中央处理器(66)根据第一和第二信号来确定座椅乘员的重量。中央处理器(66)与安全气囊系统(70)连接,并根据座椅乘员的重量来对气囊的膨胀进行控制。

Description

座椅乘员重量的传感方法和装置
发明领域
本发明涉及一种检测座椅乘员重量的方法和装置，具体地说，是一种安装在车辆座椅轨道内对座椅乘员重量进行精确测量的传感器的设置方式。
相关技术
大多数车辆都包括安全气囊和与其协同工作的座椅安全带约束系统以防驾驶员和乘客因高速碰撞而遭受严重伤害。根据驾驶员或乘客的体形来控制安全气囊的膨胀力和安全带的预紧力显得非常重要。控制这些力的一种方法是监测座椅乘员的重量。如果乘客座椅上坐的是一个体形小的人如儿童或婴孩，则该座上的重量就要小于成年人坐在上面时的重量。
现在的一些测量座椅乘员重量的系统即复杂又昂贵。一种系统采用在椅面泡沫内安装压力敏感的金属箔薄垫的方式，还有一种系统采用在椅面下多个位置设置传感器的方式。这些薄垫或传感器的合成输出用于确定座椅乘员的重量。这些传感器承受座椅乘员重量产生的基本上为垂直方向的力，但也承受因加速、减速、转向带来的纵向和侧向力。由这些传感器测得的纵向和侧向力对重量的测量加入了错误的成分。为了提高精确性，这些传感器使用多个应变片和复杂的弯曲元件以得到垂直方向的高测量灵敏度和纵向及侧向的低测量灵敏度以便增加精度。
将这些传感器安装在椅面内可能也非常困难和耗时。在达到精密测量要求的同时，为每一传感器找到合适安装位置以便能协调座椅乘员所有不同乘坐位置也非常困难。而且，乘员在座椅上的移动可能会把这些传感器移出或挪动到正确位置之外。由于传感器是装在椅面内部，在座椅在车内安装好后，对传感器进行重新置位也是非常困难的。
因此，需要有一种简化的座椅乘员重量测量系统，且该系统既精确又易于安装，并能克服上面提及的现有技术体系中的不足之处。
发明概要
在本发明的一个公开的实施例中，车辆座椅乘员重量测量系统包括用于支撑座椅的轨道总成。该轨道总成包括安装在车体上的第一轨道和能相对于第一轨道作相对移动的第二轨道。这些轨道可在施加在座椅上的乘员重量的作用下产生变形。在该轨道上至少安装有一个传感器，以便产生代表乘员重量的信号。
在一个优选实施例中，轨道总成由内侧轨道总成和与内侧轨道总成间隔开的外侧轨道总成构成。第一传感器组件装在内侧轨道总成上，用来产生根据测得的内轨因乘员重量而产生的变形量的第一信号；第二传感器组件装在外侧轨道总成上，用来产生根据测得的外轨因乘员重量而产生的变形量的第二信号。该系统采用一个中央处理器来根据第一和第二信号确定座椅乘员重量。该系统还很有利地包括与该处理器相连的气囊控制模块。气囊的膨胀力由该控制模块根据所述座椅乘员重量来控制。
确定座椅乘员重量的方法包括下列步骤。将内侧轨道总成装在车体上，将外侧轨道总成间隔于内侧轨道总成也安装在车体上。所述内侧轨道总成和外侧轨道总成的横截面积预先设定，并且内侧轨道总成和外侧轨道总成上都设有横截面积小于所述预设横截面积的轨道部分。该方法的步骤还包括在内侧轨道总成的所述轨道部分上安装第一传感器组件，在外侧轨道总成的所述轨道部分安装第二传感器组件，由第一传感器组件产生对应于内轨因乘员重量而产生的变形量的第一信号，由第二传感器组件产生对应于外轨因乘员重量而产生的变形量的第二信号，再将所述第一和第二信号合成来确定座椅乘员重量。
另外的步骤包括设置一个对气囊的充气进行控制的系统控制器并根据所述第一和第二信号产生一个座椅乘员重量信号。该座椅乘员重量信号被传送至控制器，气囊的膨胀力根据所述座椅乘员重量信号进行控制。
本发明的这些和其他特征从下面的说明和附图中可以得到更好的理解，下面是对附图的简要说明。
附图简述
图1为带有安全气囊系统的车辆及坐在座椅上的乘员的透视图，其中，虚线示出的气囊处于活动状态；
图2为设置了发明的重量测量系统的座椅总成的侧视图；
图3为图2中座椅轨道总成的侧视图；
图4为沿图3中线4-4剖开的轨道总成的剖视图；
图5为发明的重量测量系统的控制系统的示意图；
图6为装在发明的轨道总成中的传感器的示意图；
图7为纯弯梁的示意图；
图8为安装在设有过载机构的重量测量系统中的传感器的示意图。
示例性实施例的详细说明
车辆包括车辆座椅组件(在图1中通常用12标明)和安全气囊系统14。座椅组件2可为驾驶员座椅也可为乘客座椅，并包括椅背16和椅面18。当乘员20坐在座椅12上时，就对椅面18施加了垂直力Fv。Fv代表座椅乘员20的重量。
在某种碰撞条件下，安全气囊系统14打开气囊24。气囊24(在图1中以虚线示出)的膨胀力根据座椅乘员20的重量而变化。该车辆还包括一个独特的测量座椅乘员20重量的系统。这个独特的系统装在座椅轨道总成(在图2中通常用26指明)上。
座椅轨道总成26包括装在如底板、车架或凸座等车体结构上的第一轨道28。第二轨道32的支撑系统使其能相对于第一轨道28沿纵轴34移动。第一传感器38和第二传感器40装在轨道28、32中的一个上面。传感器38、40用于产生代表乘员重量的信号。在座椅轨道总成26上，第一传感器38最好靠后一些，而第二传感器40要靠前一些。第一传感器38和第二传感器40用于测量轨道总成26的变形而产生信号。
第一轨道28包括前端42和后端44以及在两末端42、44之间延伸的轨道中间部分46。前端42和后端44装在车体结构30上并使得轨道中间部分46不受支撑，从而在车体结构30和轨道中间部分46之间形成间隙48。最好是让第一轨道28装在每端都带有向上凸起支承部分52的凸座50上，其中，所述凸起支承部分52分别用来支撑第一轨道28的前端42和后端44。
因此，轨道总成26的轨道中间部分46在压力下能变形。如图3所示，当乘员坐在座椅12上时，垂向力Fv作用在轨道总成26上。反作用力Fr以相反的方向作用其上。这几个力使得轨道中间部分46变形并反映出纯弯梁(在图3A中通常以54标明)的特性。传感器38、40最好为处于轨道中间部分46上的应变片，不过，也可使用此领域中已知的其他类型的传感器。比如说，光纤或磁致弹性传感器。
传感器38、40最好都装在第一轨道28上，这样，当第二轨道32沿轴线34作调整时，传感器38、40的位置保持在悬空的轨道部分。如图4所示，若干个球轴承56装在轨道28、32之间，因此第二轨道32可容易地相对于第一轨道28滑动。轴承56还将作用在第二轨道32上的力传递到两传感器位置中间的刚性轨道部分46上去。
如图5所示，座椅12通过内侧轨道总成26a和与内侧轨道总成26a间隔开并保持预设距离的外侧轨道总成26b装在车体结构30上。内侧轨道总成26a和外侧轨道总成26b经安装后具有类似的弯曲性能，也即，两个轨道总成26a和26b都可因乘员的重力而产生垂向变形。两个轨道总成26a和26b都包括第一和第二轨道28、32。
在一个实施例中，第一传感器38和第二传感器40装在内侧轨道总成26a上，第三传感器58和第四传感器60装在外侧轨道总成26b上。第一传感器38和第二传感器40产生代表乘员重量在内侧轨道总成26a上的部分的第一信号62，第三传感器58和第四传感器60产生代表乘员重量在外侧轨道总成26b上的部分的第二信号64。信号62、64被传递至电控单元(ECU)66，该单元66将信号合成并确定乘员20的重量。然后，电控单元66向系统控制器70发送控制信号68。系统控制器70最好是一个与电控单元66连接的气囊控制模块，从而气囊24的膨胀力可根据座椅乘员重量而得到控制。系统控制器70还可用于根据乘员重量来控制座椅安全带的预紧力。
尽管上述设置非常可取，但还有一种方案可供选择，即可在内侧轨道总成26a上只安装一个传感器来产生对应于测得的内侧轨道总成26a因乘员重量而产生的变形的第一信号62，在外侧轨道总成26b上安装第二个传感器来产生对应于测得的外侧轨道总成26b因乘员重量而产生的变形的第二信号64。
如同图6中的细节所示，轨道总成26的横截面积为预先设定，其高度为H1，每个轨道总成26有一段通常由72标明的轨道部分，所述轨道部分的横截面积由高度H2限定，并小于预设的由高度H1限定的横截面积。每一轨道总成26a、26b有两段横截面积减小的轨道部分72。一个轨道部分72装有一个传感器组件38、40、58、60。图6只示出了第一个传感器38。当轨道总成26在载荷下变形时，如图7所示，传感器38对纯弯梁54的状况进行检测。因此，处于四个位置的传感器38、40、58、60成为对变形进行测量的一个惠斯通电桥。惠斯通电桥的操作在此领域中为人所熟知。
横截面积减少的轨道部分72最好是通过在第一轨道28内形成方孔而形成。这些孔形成了双梁弹性元件(dual-beam spring element)。有了这些位于内侧轨道总成26a和外侧轨道总成26b上的元件，就可以测量施加在两套轨道总成26a、26b之间的区域的垂向力Fv。
确定座椅乘员重量的方法包括如下步骤。内侧轨道总成26a装在车体结构30上，与内侧轨道总成26a间隔开的外侧轨道总成26b也装在车体结构30上。内侧轨道总成26a和外侧轨道总成26b的横截面积预先设定并由高度H1限定，每个轨道总成26a、26b都至少有一段横截面积H2要小于横截面积H1的轨道部分72。此方法的步骤还包括在内侧轨道总成26a的轨道部分72上安装第一传感器组件，以及在外侧轨道总成26b的轨道部分72上安装第二传感器组件。第一传感器组件响应于内侧轨道总成26a因座椅乘员重量而产生的变形而产生第一信号62，第二传感器组件响应于外侧轨道总成26b因座椅乘员重量而产生的变形而产生第二信号64。第一信号62和第二信号64用来确定该座椅乘员的重量。
另外的步骤包括设置控制气囊24膨胀的系统控制器以及根据第一信号62和第二信号64的合成来产生座椅乘员重量信号68。然后再将座椅乘员重量信号传递到控制器，气囊的膨胀力就根据该座椅乘员重量而得到控制。
其他步骤包括分别在内侧轨道总成26a和外侧轨道总成26b上设置由中部46连接的前端42和后端44，以及分别将所述前端42和后端44固定在车体结构30上并使得每个轨道总成26a、26b的中部46保持悬空。轨道部分72最好处于中部46上。
如同上面所讨论的，第一传感器组件最好包括装在内侧轨道总成26a的第一轨道28上的第一传感器38和第二传感器40；第二传感器组件最好包括装在外侧轨道总成26b的第一轨道28上的第三传感器58和第四传感器60。
内置重量传感器38、40、58、60的座椅轨道总成26用来确定坐在上面的乘员的重量。最好是将传感器38、40、58、60与座椅轨道总成26做成一体，因为座椅轨道总成26是大多数车座12的常用的部件之一。所述重量测量系统很容易加装到任何类型的座椅轨道结构中。重量传感器38、40、58、60装在尺寸减小的轨道部分72内，用来测量轨道材料因乘员20的重量而产生的变形。测得的重量与座椅位置无关，并且对于乘员在座椅12上的不同位置，所测数据也非常精确。
通过测量内侧轨道总成26a和外侧轨道总成26b的所有四个位置的变形，可以计算乘员的重量，该重量与所有四个传感器38、40、58、60的总输出成比例。将后面部分的传感器信号的和减去前面部分的传感器信号的和，再用该差值除以四个信号的总和，便可得到座椅上部分和乘员的重心的位置。调节信号的电子元件可装在轨道总成26a、26b内部，这在所属领域的技术中也为人所熟知。
在高过载荷情况下，轨道总成26承受很大的垂直力Fv和水平力Fh。这些力使得轨道承受过载的合力Fre，该合力力图使轨道26与底板30分离。在实际应用中，在过载很大的情况下，和整体结构座椅一样，加上一个活动过载保护会很有好处。一种这样的过载保护的方法利用了过载螺栓74，如图8所示，该螺栓74穿过轨道28、32连在车辆底板30上。在很高的车辆冲击力下，螺栓74防止了轨道总成26与底板30的脱离。因此，横截面积减小的轨道部分72就不用承担全部的冲击力。
尽管公布了本发明的一个优选实施例，但应该理解的是，此技术领域的普通技术人员会意识到在本发明范围内存在许多改进。因此，下面的权利要求应该被仔细研究以确定本发明真正的范围和内容。

Claims (18)

1.一种测量车座上乘员重量的系统，所述系统包括：
装在车体结构上的第一轨道；
第二轨道，所述第二轨道的支承方式使其可相对于所述第一轨道移动，并可因乘员重力在垂直方向变形；和
安装在所述轨道当中一个上的至少一个传感器，用来产生代表所述乘员重力的信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括一个接收所述信号的中央处理器。
3.根据权利要求2所述的系统，所述系统包括与所述处理器连接的气囊控制模块，其特征在于，气囊的膨胀力由所述控制模块根据座椅乘员重量来控制。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一轨道包括一个前端和一个后端，在所述前端和后端之间是轨道中间部分，所述前端和后端固定在车体结构上，并使得所述轨道中间部分悬空，从而在车体结构和所述轨道中间部分之间形成了间隙。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述传感器处于所述轨道中间部分上。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器包括处于所述轨道中间部分靠前位置的第一传感器和处于所述轨道中间部分靠后位置的第二传感器，所述第一传感器和第二传感器用来测量所述第二轨道的变形并产生所述信号。
7.根据权利要求6所述的系统，所述系统包括：
安装在装在车体结构上的第三轨道；
第四轨道，所述第四轨道的支承方式使其可相对于所述第三轨道移动，并可因乘员重力在垂直方向变形；和
安装在所述第三和第四轨道当中一个上的第三传感器，所述第三传感器与所述第一和第二传感器共同工作产生所述信号，所述第一和第二轨道形成内侧滑轨总成，所述第三和第四轨道形成外侧滑轨总成。
8.一种测量车座上乘员重量的系统，所述系统包括：
安装在车体结构上的内侧滑轨总成；
与所述内侧滑轨总成间隔开并安装在车体机构上的外侧滑轨总成；
安装在所述内侧滑轨总成上的第一传感器组件，所述第一传感器组件响应测得的所述内侧滑轨总成因座椅乘员重量而产生的变形而生成第一信号；
安装在所述外侧滑轨总成上的第二传感器组件，所述第二传感器组件响应测得的所述外侧滑轨总成因座椅乘员重量而产生的变形而生成第二信号；和
根据所述第一和第二信号来确定座椅乘员重量的中央处理器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述内侧滑轨总成和外侧滑轨总成的横截面积为预先设定，并且每个滑轨总成都设有横截面积比所述预设的横截面积小的至少一个轨道部分，所述第一和第二传感器组件就装在所述轨道部分上。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述内侧滑轨总成和外侧滑轨总成都包括一个前端和一个后端，在所述前端和后端之间为中间部分，所述前端和后端装在车体结构上，并使得所述中间部分处于悬空，从而在车体结构和所述滑轨总成之间形成了间隙。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，横截面积小于所述预设横截面积的所述轨道部分处于所述中间部分。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，每个所述滑轨总成的所述至少一个轨道部分包括处于所述中间部分靠前位置的第一轨道部分和处于所述中间部分靠后位置的第二轨道部分，所述第一和第二传感器组件都包括装在所述第一轨道部分上的第一传感器和装在所述第二轨道部分上的第二传感器。
13.根据权利要求10所述的系统，所述系统包括与所述处理器连接的气囊控制模块，其特征在于，气囊的膨胀力由所述控制模块根据座椅乘员的重量来控制。
14.一种确定座椅乘员的重量的方法，所述方法包括下面步骤：设置装在车体结构30上的内侧滑轨总成和与所述内侧滑轨总成间隔开也装在车体结构上的外侧滑轨总成，所述内侧滑轨总成和外侧滑轨总成的横截面积预先设定，每个所述滑轨总成都至少有一个横截面积要小于所述预设的横截面积的轨道部分；
在所述内侧滑轨总成的所述轨道部分上安装第一传感器组件，以及在所述外侧滑轨总成的所述轨道部分上安装第二传感器组件；
所述第一传感器组件响应于所述内侧滑轨总成因座椅乘员重量而产生的变形而产生第一信号；
所述第二传感器组件响应于所述外侧滑轨总成因座椅乘员重量而产生的变形而产生第二信号；和
将所述第一信号和所述第二信号合成，用来确定该座椅乘员的重量。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括下面步骤：设置控制气囊膨胀的系统控制器；根据所述第一信号和所述第二信号的合成信号产生座椅乘员重量信号；然后再将所述座椅乘员重量信号传递到所述控制器；根据所述座椅乘员重量来控制气囊的膨胀力。
16.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括下面步骤：
分别在内侧滑轨总成和外侧滑轨总成上设置由中间部分连接的前端和后端；分别将所述前端和所述后端固定在车体结构上并使得每个滑轨总成的所述中间部分保持悬空。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法包括下面步骤：将所述轨道部分置于所述中间部分上。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一传感器组件包括装在所述内侧滑轨总成靠后位置的第一传感器和装在所述内侧滑轨总成靠前位置的第二传感器；所述第二传感器组件包括装在所述外侧滑轨总成靠后位置的第三传感器和装在所述外侧滑轨总成靠前位置的第四传感器。
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