CN1362922A - 用于确定座位乘坐者重量的重量传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种测量座位乘坐者重量的系统,被用于控制气囊的展开。该系统包括许多重量传感器,这些重量传感器具有被安装到座位升降器上的第一端和被安装到座位框架或轨道元件上的第二端。重量传感器具有一中间可弯曲部分,该中间可弯曲部分延伸在第一端和第二端之间。在中间可弯曲部分的外表面中的一个表面内设置一槽,以便使应力集中。一全桥应变器被安装在每个重量传感器的一表面上,在该槽的相反面,用于根据对中间可弯曲部分的弯曲的测量来产生重量信号。一中央处理器根据重量信号来确定座位乘坐者的重量,一气囊控制单元与该处理器相连接。该控制单元根据座位乘坐者的重量来控制气囊的展开力。

Description

用于确定座位乘坐者重量的重量传感器装置
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种用于测量座位乘坐者重量的装置。具体地说，在座位框架元件上安装传感器装置，以便提供座位乘坐者的重量测量结果。
2.相关技术
大多数车辆都具有气囊和安全带限制系统，这些系统共同保护司机和乘客不会因高速撞击而受到严重伤害。根据司机或乘客的尺寸来控制气囊的展开力和安全带预紧器的力是非常重要的。控制这些力的一种方法是监测座位乘坐者的重量。如果车里前排的乘客座位上坐的是较小的人例如孩子或婴儿，那么作用于座位上的重量就会小于成人乘坐该位置时作用于该座位上的重量。
目前一些用于测量座位乘坐者重量的系统不仅复杂而且昂贵。其中一种系统是采用安装在座底泡沫内的压敏薄垫片。另一种系统是利用设置在座底衬垫内许多位置上的传感器。利用从这些薄垫片或从这些传感器的联合输出来确定座位乘坐者的重量。由于座位乘坐者的重量的缘故，使得这些传感器受到大致竖直的作用力，而且，这些传感器还会受到由于加速、减速或转向所造成的纵向和侧向作用力。传感器所监测到的侧向和纵向作用力会把一个误差部分带入了重量测量值中。这些传感器是非常精密复杂的，它们采用了多个应变器和复杂的弯曲元件，以便对竖直方向上的作用力具有高的测量灵敏度，而对侧向和纵向上的作用力具有低的灵敏度，以便提高精度。
把这些传感器安装在座底内既困难又费时。难以为每个传感器找到适应座位乘坐者的所有不同姿势的安装位置，并同时能提供精确的测量值。此外，乘坐者在座位上的移动还会使这些传感器移出或挪出它们的正确位置。由于这些传感器被安装在座底内，因此，当座位被安装在车辆内之后，就很难对这些传感器进行重新定位。
因此，希望有这样一种简单的座位乘坐者重量测量系统，这种系统测量精确，易于安装，并能克服现有技术中各系统的上述缺陷。
发明概述
在公开的本发明的一个实施例中，一种用于测量乘坐在车辆座位上的乘坐者重量的系统包括：安装在车辆构件上的一座位元件，和用于支撑一座底的一座位支撑元件。在座位元件和座位支撑元件之间安装有许多重量传感器装置。每个重量传感器装置具有一底表面和一顶表面，并在其中一个表面上安装有一全桥应变器。
在一个优选实施例中，每个重量传感器装置具有第一端和第二端，该第一端被安装在座位元件上，例如安装在一座位升降器上，该第二端被安装在座位支撑元件上，例如安装在一座位框架或轨道元件上，在该第一端和第二端之间延伸有一中间可弯曲部分。根据测量中间可弯曲部分的变位，每个应变器为各个传感器装置产生一个重量信号。中央处理器根据这些重量信号来确定座位乘坐者的重量。一气囊控制单元与中央处理器连接，以便根据座位乘坐者的重量来控制气囊的展开力。
在另一个优选实施例中，每个传感器包括至少一条槽，该槽设置在顶表面或底表面中的一个表面内。该槽至少沿着传感器的部分宽度延伸，以便使应力集中在中间可弯曲部分中。应变器被放置在顶表面和底表面中的另一个表面上，朝着槽的相反面。
本发明提供了一种简化的座位乘坐者重量测量系统，该系统花费不多、测量精确、易于安装。通过下面的说明和附图可以更好地理解本发明的这些特征以及其它特征，下面是这些附图的简要说明。
附图简述
图1是在具有气囊系统的车辆内坐着一位座位乘坐者的环境示意图。
图2是采用重量测量系统的座位装置的分解图。
图3是图2中的座位的一个侧视图，图中部分已被切去，表示出了一个传感器装置的安装。
图4是图3中的传感器装置的立体示意图。
图5是采用重量测量系统的控制系统的方框示意图。
图6A是一传感器装置的一优选实施例的顶视图。
图6B是图6A中的传感器装置的底视图。
图6C是沿着图6A中的6C-6C的传感器装置的剖面图。
图7是重量传感器的另一个实施例。
图8是重量传感器的另一个实施例。
示例性实施例的详细描述
车辆具有一车辆座位组件和一气囊系统14，其中的车辆座位组件总体上由图1中的12表示。座位组件12可以是司机座位，也可以是乘客座位，并且该座位组件12包括一座背16和一座底18.当车辆乘坐者20坐在座位12上时，一个竖直的作用力Fv就被作用在座底18上。该竖直作用力Fv代表座位乘坐者的20的重量。
气囊系统14在某种撞击条件下展开一气囊24。气囊24由图1中的虚线表示，气囊24的展开力根据乘坐者20的重量而变化。车辆包括一个用于测量座位乘坐者20重量的独特系统。这个独特系统被装入一座位框架或轨道元件内，该座位框架或轨道元件总体上由图2中的26所表示。
座位12最好被安装到车辆构件30的内侧轨道组件26a和外侧轨道组件26b上，外侧轨道组件26b与内侧轨道组件26a相隔一个预定距离。内侧轨道组件26a和外侧轨道组件26b均包括第一轨道元件28和第二轨道元件32。第一轨道元件28通常被安装到座位升降器34上或直接被安装到车辆构件30上，例如被安装在底板上。第二轨道元件32被安装成可相对于第一轨道元件28相对滑移，从而座位12的位置能在车辆内向前和向后调节至期望的位置。
许多传感器装置36被安装在内侧轨道组件26a和外侧轨道组件26b的第一轨道元件28与升降器34之间。在这个优选实施例中，采用了四(4)个传感器装置36，第一传感器装置36a被设置在内侧轨道组件26a的前部附近，第二传感器装置36b被设置在内侧轨道组件26a的后部附近，第三传感器装置36c被设置在外侧轨道组件26b的前部附近，第四传感器装置36d被设置在外侧轨道组件26b的后部附近。
优选地是，每个传感器装置36a，36b，36c，36d都具有第一端40和第二端44，该第一端40至少利用一个紧固器42被安装到第一轨道元件28上，该第二端44至少利用一个紧固器42被安装到升降器34上，如图3所示。应当知道，任何类型的紧固器都可以被使用，以及现有技术中已知的任何连接方法都可以被用于安装这些传感器36。在传感器装置36的第一端40和第二端44之间延伸一个中间可弯曲部分46。当座位乘坐者20的竖直作用力Fv作用于座底18上时，每个传感器装置36a，36b，36c，36d的中间可弯曲部分46发生偏移或弯曲成S形结构，使得传感器36的一部分处于压力状态，而另一部分处于应力状态。
在图3和图4所示的实施例中，第一端40和第二端44突出到中间可弯曲部分的上面/下面，从而在中间可弯曲部分46的每一侧形成台阶38。这些台阶38的高度是可以改变的。这种结构在传感器36与轨道元件28之间以及在传感器36与升降器34之间形成间隙，以利于弯曲。
一应变器50被安装到每个传感器36a，36b，36c，36d上，以便测量中间部分46内弯曲量。传感器36具有一个朝着座底18的顶表面52和一个朝着升降器34的底表面54。优选地是，四(4)个应变器的组合形成一全桥，并被安装在顶表面52或底表面54中的一个表面上，以便进行弯曲测量。因此这四个应变器结合起来形成惠斯登电桥，用于测量变位。惠斯登电桥的运作在本领域中是公知的。
如图4所示，应变器50被安装在传感器36的顶表面52上。在传感器36的第一端40设置第一孔56，在传感器36的第二端44设置第二孔58，用于接收紧固器42。应变器50被设置在顶表面52上的孔56，58之间。为了获得更精确的读数，全桥应变器50应把所有的应变器元件只安装在传感器36的一个表面上。也就是说，如果应变器50被安装在顶表面52上，那么就不应在底表面54上安装应变器元件；或者是，如果测量器50被安装在底面表面54上，那么就不应在顶表面52上安装应变器元件。
每个传感器36a，36b，36c，36d产生一个乘坐者重量的信号表示，其中，所述这个乘坐者重量在传感器36a，36b，36c，36d的各个位置造成弯曲，见图5。因此，第一传感器36a产生第一信号60，第二传感器36b产生第二信号62，第三传感器36c产生第三信号64，第四传感器36d产生第四信号66。这些信号60，62，64，66被传送到一个公共接口单元68，然后被输送到中央处理器单元或电子控制单元(ECU)70内，对于这种电子控制单元在本领域中是公知的。ECU70对这些信号60，62，64，66进行综合，以便确定乘坐者20的重量。然后，ECU70向系统控制器74发送一控制信号72。优选地是，系统控制器74是一气囊控制单元，该气囊控制单元与ECU70相连，从而根据座位乘坐者的重量来控制气囊24的展开力。系统控制器70还被用于根据座位乘坐者的重量来控制安全带预紧器的力。车辆撞击传感器76还向用于为气囊24准备控制指令的气囊控制单元74提供信息。该系统采用本领域中公知的电源78。
图6A-6C表示出了重量传感器136的一个优选实施例。在这个优选实施例中，每个传感器装置136a，136b，136c，136d都包括至少一条槽80，该槽80设置在传感器36的顶表面52或底表面54中的一个表面中。槽80至少沿着传感器36的部分宽度延伸，以便使应力集中在中间可弯曲部分46内。全桥应变器50被放置在相反表面上，朝着槽80的相反方向，见图6B。在这个实施例中，槽80在传感器36的整个宽度上延伸。
在图7所示的重量传感器236的另一个实施例中，在顶表面52或底表面54中的一个表面中设有一对槽80a，80b，以便使应力集中在中间可弯曲部分46内。槽80a，80b相互分隔开，并且仅在传感器36的部分宽度上延伸。在这个实施例中，应变器50被安装在槽80a，80b之间。
在图8所示的重量传感器336的另一个实施例中，传感器装置36具有大致平的中间可弯曲部分46。在一端设置一个切口84，该切口把一对孔86分隔开，这对孔86用于把传感器36连接到接口68上。
本发明提供了一种简化的用于测量座位乘坐者20重量的系统。最好是在轨道28与升降器34之间把这些传感器做成一个整体，因为对于大多数车辆座位12来说，它们是公用的元件。本发明的重量测量系统能被容易地安装到任何类型的座位结构中。所测得的重量与座位位置无关，并且能被精确地设置于座位12的不同乘坐者位置内。
通过在内侧轨道组件26a和外侧轨道组件26b中的全部四(4)个位置处测量出变位，就可能计算出乘坐者重量，乘坐者重量与全部传感器36a，36b，36c，36d的输出值的总和成正比。用于信号调节的电子设备和接口68可以被安装在轨道组件26a，26b内，这在本领域中是公知的。
虽然已经公开了本发明的优选实施例，但是，应当知道，本领域普通技术人员会懂得在本发明的范围内进行许多种变型。由于这个原因，因此，本发明的真正范围以及发明的内容应由所附的 来确定。

Claims (16)

1、一种用于测量坐在车辆座位上的乘坐者重量的系统，包括：
座位元件，被安装在车辆构件上；
座位支撑元件，用于支撑座底；和
许多重量传感器装置，被安装在所述座位元件与所述座位支撑元件之间，所述每个重量传感器装置具有一底表面和一顶表面，在所述其中一个表面上安装全桥应变器。
2、一种根据权利要求1所述的系统，其中，所述全桥应变器被安装到所述底表面上。
3、一种根据权利要求1所述的系统，其中，所述座位元件包括被安装到车辆底板上的座位升降器。
4、一种根据权利要求3所述的系统，其中，所述座位支撑元件是固定到所说升降器上的座位轨道元件。
5、一种根据权利要求4所述的系统，其中，所述每个传感器装置都具有固定到所说座位轨道上的第一端和固定到所说升降器上的第二端，一中间可弯曲部分延伸在所说第一端和第二端之间。
6、一种根据权利要求5所述的系统，其中，所述全桥应变器被安装在所述中间可弯曲部分上。
7、一种根据权利要求1所述的系统，其中，所述每个传感器装置包括一中间可弯曲部分，在所述顶表面或底表面中的一个表面上至少设有一条槽，该槽至少部分地沿着所说传感器装置的宽度延伸，以便使应力集中在所述中间可弯曲部分中。
8、一种根据权利要求7所述的系统，其中，所述全桥应变器被放置在所说顶表面或底表面中的另一个表面上，朝着所说槽的相反面。
9、一种根据权利要求1所述的系统，其中，所述每个传感器装置产生一个重量信号，该重量信号表示座位乘坐者重量的一部分，这个重量信号被传递到一中央处理单元，以便确定出座位乘坐者的重量。
10、一种根据权利要求9所述的系统，包括一气囊控制单元，该气囊控制单元与所述处理器连接，根据座位乘坐者的重量由所述控制单元对气囊的展开力进行控制。
11、一种用于测量坐在车辆座位上的乘坐者重量的系统，包括：
座位升降器，被安装在车辆构件上；
座位框架元件，用于支撑座底；
许多重量传感器装置，每个重量传感器都具有被安装到所说座位升降器上的第一端和被安装到所说座位框架上的第二端，一中间可弯曲部分延伸在所述第一端和第二端之间；
应变器，只被安装在所述每个重量传感器的顶表面或底表面上，用于根据对所说中间可弯曲部分的变位测量来产生一个重量信号；
中央处理器，用于根据所述重量信号来确定座位乘坐者的重量；和
气囊控制单元，与所述处理器相连，其中，由所述控制单元根据座位乘坐者的重量来控制气囊的展开力。
12、一种根据权利要求11所述的系统，其中，所述每个传感器包括至少一条槽，该槽设置在所述顶表面或底表面中的一个表面内，并至少部分地沿着所说传感器的宽度延伸，以便使应力集中在所述中间可弯曲部分内。
13、一种根据权利要求12所述的系统，其中，所述应变器被放置所说顶表面或底表面中的另一个表面上，朝着所说槽的相反面。
14、一种根据权利要求13所述的系统，其中，所述每个应变器是一全桥测量器。
15、一种根据权利要求14所述的系统，其中，所述每个全桥测量器被安装在所说传感器的所说底表面上。
16、一种用于测量坐在车辆座位上的乘坐者重量的系统，包括：
座底；
内侧轨道组件和外侧轨道组件，该外侧轨道组件与该内侧轨道组件互相分隔，并被安装到车辆构件上，所述每个内侧轨道组件和外侧轨道组件均具有第一轨道和第二轨道，所述第一轨道被安装到座位升降器上，所述第二轨道被安装成可相对于所说第一轨道移动；
第一重量传感器，被设置在所说内侧轨道组件的前部附近；
第二重量传感器，被设置在所说内侧轨道组件的后部附近；
第三重量传感器，被设置在所说外侧轨道组件的前部附近；
第四重量传感器，被设置在所说外侧轨道组件的后部附近；
所述每个重量传感器均具有固定到所说第一轨道上的第一端和固定到所说升降器上的第二端，一中间可弯曲部分延伸在所述第一端和第二端之间；
至少一条槽，该槽设置在所述每个传感器的顶表面或底表面中的一个表面内，并至少部分地沿着所说传感器的宽度延伸，以便把应力集中在所述中间可弯曲部分内；
全桥应变器，被安装在所述每个传感器的顶表面或底表面中的另一个表面上，并背向着所述槽，所述每个测量器都根据对所说各个传感器中间可弯曲部分所测量的变位来产生一重量信号；
中央处理器，用于根据所述重量信号来确定座位乘坐者的重量；
气囊控制单元，与所述处理器相连接，并由所述控制单元根据座位乘坐者的重量来控制气囊的展开力。
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