CN1759025A - 用于检测座位占用的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于检测车辆的座位占用的系统，包含：第一和第二电容性电极(1，2)，所述第一和第二电容性电极被安排在所述车辆的车厢内；以及驱动器和评估电路(20)，与所述第一和第二电容性电极可操作地连接。根据本发明，第一电容性电极(1)被安排在车辆的座位(22)，而第二电容性电极(2)被安排在车辆的足部区域，且驱动器和评估电路包含用于驱动所述第一电容性电极和确定与放置在所述座位上的导体的电容性耦合的装置，以及驱动所述第二电极和确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合的装置。

Description

用于检测座位占用的系统

技术领域

本发明总体上涉及一种用于确定座位上物体或乘客的存在的自动占用传感系统，为了提供占用状态或条件信号以用于安全约束系统控制。更具体地说，本发明涉及一种用于座位占用分类的系统。

背景技术

为了在交通事故中保护乘客的生命，现代车辆通常装有保护系统，所述保护系统包含多个气囊和安全带，它们被用来吸收在由于事故而导致的碰撞期间乘客释放的能量。明确的是，当这样的保护系统与实际座位占用(seat occupancy)的特定要求很好地符合时，其是最有效的。这就是为什么将微处理器控制的保护系统设计为提供多个操作模式，使得例如展开气囊的时刻、气囊充气的量、碰撞后释放安全带的时刻等相适合，作为座位上乘客的身材的函数。为了能够控制微处理器以选择对给定的座位占用状况最佳的操作模式，当然需要检测一个或多个体现座位占用状况特征的参数，并且将占用归类为多个类中的一个，它们中的每一个与约束系统中的特定操作模式相关联。

虽然在乘客安全利益方面很大程度认可了气囊的优点，但是也有气囊的展开是所不期望的、或者是有害的、或者甚至是构成巨大危险的情况。例如，为了降低车辆的修理费用，当相应座位没有被占用时，与该座位相关联的气囊应当失效。此外，在乘客座位上存在辅助的儿童约束座位可以代表一种情况，在该情况下气囊的展开应当失效。事实上，对于大多数辅助的儿童约束座位，其指向与车辆行进方向相反的方向，也就是尾部面向幼儿座位，存在气囊的展开将把儿童连同座位一起猛烈抛向车辆尾部并造成严重伤害的危险。因此这些场合下的占用参数也应当被可靠检测。

例如，能通过座位占用传感器完成检测，所述座位占用传感器包含分布于座位表面的多个压力传感器。压力传感器包含压敏电阻，即，这些压力传感器的电阻随施加到传感器上的压力而变化。所以对个别压力传感器的电阻值的读取给出了作用于每个单元的压力的指示，因此能与作用于座位上的重量相关。此外，座位表面压力值的分布能与占用座位的人或物体的尺寸或形态相关。用来确定作用于座位上的压力分布(pressure profile)的不同的占用传感器被公开于例如WO-A-98/14345、WO-A-99/39168和EP-A-0 891 898。

但是，乘客的全部重量没有只作用于座位表面，因为乘客的双腿支撑了部分重量，所述双腿放在车辆的地板上，并且另一部分作用在座位的靠背上。另外，随着乘客在座位上的位置的不同，不同部分之间的比率显著地不同。在某些临界就坐位置，由乘客引起的压力模式因此可以是不充分离散的，以允许通过使用压力模式系统而进行的分类。

用来收集座位占用的相关参数的不同方法基于对人体到被安排在座位的一个或多个电极的电容性耦合的检测。这样的测量系统例如LU-A-88 828中所述。该测量系统包括至少一个发送电极和至少一个接收电极，所述电极通过导体而电容性耦合。接收电极与分析电路连接，所述分析电路通过把所测量的信号和基准信号比较来确定发送天线和导体的电容性耦合。各种其它的系统已经被公开，所述系统具有安排在乘客车厢不同位置的电极，以检测座位占用的存在和/或性质，并将占用状况分类到许多类之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测座位占用的改进的系统。

本发明涉及用于检测车辆中座位占用的系统，包含：第一和第二电容性电极，所述第一和第二电容性电极被安排在所述车辆的车厢内；以及与所述第一和第二电容性电极操作地连接的驱动器和评估电路。根据本发明，第一电容性电极被安排在车辆的座位上，而第二电容性电极被安排在车辆的足部区域(foot-area)，并且驱动器和评估电路包括：用于驱动所述第一电容性电极和确定与放置在所述座位上的人体或物体间的电容性耦合的装置；以及用于驱动所述第二电极和确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合的装置。

因此本发明提供场检测系统，能在两个不同的操作模式下进行操作：

□在所谓的加载模式中，由第一频率的交流电压驱动安排在车辆座位上的第一电极，并且确定电导体或物体的电容性耦合。该耦合依赖于放置在座位上的人体或物体的电介质特性。如果座位没有被占用，即如果不存在电导物体，则将不发生重要的电容性耦合。另一方面，如果座位被成年人占用，则电容性耦合将比儿童坐在座位上的情况下更高。此外，电容性耦合依赖于第一电极和导体之间的距离，以使得坐在辅助儿童约束系统中的儿童比直接坐在座位的座椅表面上的儿童提供更低的信号。另一方面，如果儿童座位包含金属框架或其它金属部分，则在加载模式测量中得到的信号将比成年人的存在而产生的信号高许多。由此，很低的信号和很高的信号指示座位上儿童座位的存在。因此，可以可靠地检测这样的辅助儿童座位的存在，由此信号的级别(level)甚至允许不同类型儿童座位之间的区分。因此，所确定的在设备的加载模式操作中的电容性耦合能被使用，以便对座位占用分类。

□在所谓的耦合模式中，由第二频率的交流电压驱动安排在车辆车厢的足部区域的第二电极，并确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合。第一和第二电极之间的电导体的存在及从各个电极到该电导体的距离对该电容性耦合有很大影响。换句话说，耦合模式测量提供关于定位在座位上的导体是否突入车厢地板的可靠信息，像例如成年占用者的腿和脚。因此，儿童在耦合模式测量中产生很低的信号级别，因为在许多就坐位置上，他们的脚不能向下到达地板。因此在大多数就坐位置上，成年人和儿童之间的区别变得非常有效。即使在那些临界位置，即占用者通过使用扶手把他自己拉起，或通过把他自己楔入座位靠背和地板之间，来减轻来自座位的压力，占用者也足够接近场检测系统的两部分，以产生高耦合信号，并因此能被正确检测和分类。另一方面，如果儿童座位被放置在座位上，则在第二和第一电极之间将不会产生电容性耦合。由此，如果加载模式测量指示物体被放置在座位上，则两个电极之间的耦合信号的不存在可靠地指示出所检测到的物体是儿童约束座位。

通过在加载和耦合模式中交替地操作本系统，两个操作模式的结果能被组合，以确保对座位占用的可靠分类。应当懂得，用于座位占用检测的系统可以在加载模式和耦合模式下通过相同交流电压操作，或者在加载模式和耦合模式下通过不同的交流电压和/或不同的交流频率操作。还要注意，对于一个或每个操作模式，交流频率在特定范围内的测量周期期间可以变化，以消除噪声或干扰信号，所述噪声和干扰信号可以与特定频率相关。为了得到最佳信号，通过在特定范围内扫描交流频率，可以调谐系统，因此导致实际座位占用状况的更强的区别。

在加载模式期间，通过测量从第一电极流出的加载电流来优选地确定至电导体的耦合。在本发明的优选实施例中，用于确定与放置在所述座位上的物体的电容性耦合的装置因而包括用于测量从所述第一电极流出的加载电流的装置。

在耦合模式期间，通过测量流入所述第一电极的耦合电流，能确定第二和第一电极之间的电容性耦合。因此，用于确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合的装置优选地包含用于测量流入所述第一电极的耦合电流的装置。

在本发明的优选实施例中，所述第二电极被安排在所述车辆的地板地毯下面。在这样的位置上，第二电极不可见，并被很好地保护，以防止由于车辆占用者而造成的机械磨损。应当注意，通过仅在一个方向上测量耦合模式信号，即，通过仅使用地板电极作为发射器并在该特定调制信号测量，由于地板地毯上的水而导致的测量误差在本检测系统中被最小化。

为了防止第二电极从其操作位置被移开，第二电极被优选地固定在车辆的车厢内。在优选实施例中，例如，通过粘合、热封、发泡(foaming)处理或其它接缝技术将第二电极附加在所述地板地毯上。

第二电极本身可以包括例如金属箔片(foil)、金属导线织物(fabric)、金属涂层织物或非纺织物和/或金属涂层热塑性薄膜。在本文中，表述“织物材料”应当被理解为包括任何纺织物、编织物或毡制材料。应当懂得，第二电极可以是地毯地板的集成的部分。事实上，第二电极可以包括地板地毯的金属涂层(优选地在其下表面上)或者被编织或集成到地毯的多个金属织物。

为了保护电极不受环境条件的影响，第二电极还可以包括保护层。例如，可以通过由热塑性薄膜、橡胶、或其它塑料材料制成的保护外壳或在其内充满泡沫来保护第二电极不受环境侵扰。

第一电极可以被集成进座位的靠背中。然而在优选的实施例中，所述第一电极被安排在所述座位的座位平面上。即使人向前弯曲并因此没有接触到座位的靠背，该安排也确保了对座位上存在的人的可靠的检测。

第一电极优选地包含至少一个传感电极和至少一个屏蔽电极，所述传感电极被安排为面对着所述屏蔽电极，所述传感电极指向放置在所述座位上的物体，所述屏蔽电极背向所述物体。在操作中，为屏蔽电极提供与传感电极相同的交流电压。因而，从传感电极散发的电场仅朝向可能的座位占用者，并不朝向车辆的地板。因此防止了座位下导体的检测。

第二电极的传感电极和/或所述屏蔽电极本身可以包括例如金属箔片、金属导线织物、金属涂层织物或非纺织物和/或金属涂层热塑性薄膜。在本文中，表述“织物材料”应当被理解为包括任何纺织物、编织物或毡制材料。

在用于检测座位占用的系统的优选的实施例中，如上所述的场检测系统与设备组合，所述设备用于对由座位上的物体或人所施加的压力分布进行检测。这意味着用于座位占用检测的系统还包含安排在所述车辆的所述座位上的压力传感垫。这样的压敏垫被本领域所公知，并通常被用于座位占用检测(例如参见WO-A-98/14345，WO-A-99/39168和EP-A-0 891 898)。为了提供实际座位占用的非常可靠的分类，把场检测系统的测量数据和压力传感垫优选地提供给组合的评估和分类算法。例如，该分类算法可以被应用在场检测系统的驱动器和评估电路中，在那样的情况下，压力传感垫被方便而可操作地与所述驱动器和评估电路连接。场检测系统与压力传感垫的组合方便地提高了座位占用分类的鲁棒性，因为由系统中的一个得到的分类可以由第二系统来检验。例如，由儿童约束座位而产生的典型的压力分布将通过压力传感垫来检测，并用来确认由场检测的加载模式和耦合模式操作而得到的“儿童座位”分类。因此能显著提高分类的可靠性。

应当指出，在组合的场和压力检测系统中，所述第一电极被优选地附到所述压力传感垫的上表面。例如，可以通过把作为屏蔽电极的导电的羊毛或织物材料热封在压力传感垫的承载箔片的其中一个上，来将第一电极固定于压力传感垫。因此第一电极和压力传感垫形成单个单元，所述单个单元能容易地被处理和安装在座位里。或者，通过施加到压力传感垫的顶端承载箔片上的金属涂层而形成第一电极的屏蔽电极，之后，把绝缘层和传感电极附在金属涂层的顶端。

为了防止第一电极被从其操作位置移开，第一电极被优选地固定在车辆的座位上。在优选的实施例中，例如，通过粘合、热封、缝合或任何其它的接缝技术将第一电极附在所述座位的座位覆盖物或座位装饰(upholstery)上。在另一个实施例中，第一电极和可能的压力传感垫在发泡处理中被直接集成进所述座位的座位装饰中。

在本发明的可能的实施例中，由座位加热(heating)元件形成第一电极。座位加热元件通常由以弯曲结构安排在合适的支撑材料上的至少一个金属导线或至少一个碳线(carbon line)组成。或者，座位加热器可以包含多个在支撑材料上的导电迹线(trace)。在操作中，为了产生必要的热量以对座位表面加热，用直流电流对导电加热器元件供电。如果用交流电流对加热器元件供电，则加热器元件可以作为第一电极的传感电极。

如果与压力传感垫一起使用座位加热器，则加热器元件不得不被放置在压力传感垫的顶端。对于本发明，如果座位加热器作为传感电极，则能方便地使用该安排。该安排是优选的，以使得导电的屏蔽电极被固定在压力传感垫的承载箔片上，并使用座位加热器作为传感电极，所述座位加热器被放置在屏蔽电极的顶端。使用座位加热器作为与直接附在压力传感垫上的导电组织/织物屏蔽电极一起的传感电极，降低了进行处理的努力，允许该系统的紧凑装配和到汽车座位内的快速而简单的集成。

为了检测其中第一电极操作的环境条件并在如果必要的情况下校正感应值，驱动器和评估电路优选地包含用于在所述至少一个传感电极和所述至少一个屏蔽电极之间进行电阻测量的装置。两个电极之间的电阻很大程度上取决于传感和屏蔽电极之间放置的绝缘层的湿度。通过确定两个电极之间的电阻，因而可以监视第一电极是否工作在最佳的环境条件下。如果没有给出这样的最佳条件，则可以相应地校正所检测到的通过第一电极测量的电容性耦合值，或可以产生故障信号。此外，能使用安排在电极外围轮廓上的分离地供电的附加电极导线，来测量到座位框架的泄漏电流。如果这样的泄漏电流超过了特定的阈值，则可以产生故障信号，并例如可以使设备失效，以保护系统不受进一步的损害。

本发明还提供了用于车辆内座位占用检测的方法，包含下列步骤：

a)驱动安排在所述车辆的座位的第一电容性电极，并确定与放置在所述座位上的物体间的电容性耦合；以及

b)驱动安排在所述车辆的足部区域上的第二电容性电极，并确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合。

在优选的实施例中，该方法还包含确定由放置在座位上的物体所施加的压力分布的步骤。

所确定的与物体的电容性耦合、所述所确定的所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合、以及所述所确定的压力分布被优选地提供给组合的座位占用分类算法。

附图说明

参照附图，通过下面的多个非限制性的实施例，本发明将更加清晰，其中：

图1：示出了根据本发明的实施例的，用于检测座位占用的设备的测量原理的示意性表示；

图2：示出了用作座位电极的电极装配；

图3：示出了用于测量环境条件的设置。

具体实施方式

图1示意性地表示了根据本发明的用于检测座位占用的设备的实施例。设备包括场检测系统，所述场检测系统包括：第一电极1，安排在车辆的座位22中；第二电极2，安排在车辆车厢的足部区域上。第一电极1，或座位电极，被优选地安排在座位22的座位平面，而第二电极2，或脚电极，可以被安排在车辆车厢的地板地毯的下面。

将第一和第二电极1、2与驱动器和评估电路20可操作地连接，所述驱动器和评估电路20可以是气囊控制单元(未示出)的集成部件。或者，将驱动器和评估电路与气囊控制单元可操作地连接，用来向所述气囊控制单元提供与占用分类有关的数据。

驱动器和评估电路20包含：装置4，用来驱动所述第一电容性电极1；装置6，用来确定与放置在所述座位22上的导体或物体的电容性耦合。用来驱动所述第一电容性电极1的装置4包含例如交流电压源4，用来以频率f2产生交流信号。用来确定与放置在所述座位22上的导体或物体的电容性耦合的装置6可以包含电流表6，用来当由交流源4驱动第一电极1时，测量从第一电极1流向放置在座位上的物体的加载电流。

此外，驱动器和评估电路20包含：装置3，用来驱动所述第二电极2；装置5，用来确定所述第二电极2和所述第一电极1之间的电容性耦合。用于驱动所述第二电极2的装置3包含例如交流电压源3，用来以频率f1产生交流信号。用于确定所述第二电极2和所述第一电极1之间的电容性耦合的装置5可以包含电流表5，用来当由交流源3驱动第二电极2时，测量从第二电极2流进第一电极1的耦合电流。

分别地交替测量不同地调制的座位电极1和车体之间、地板电极2和座位电极1之间的电场，给出了导体是否位于座位上的信息，以及所述导体是否突入地板车厢，例如，成年人占用者的腿和脚。

在操作中，如下所述使用电极1和2：

□在所谓的加载模式中，由第一频率f2的交流电压源4驱动第一电极1，并由电流表6测量耦合电流I(f2)。向放置在座位22上的电导体的耦合取决于放置在座位上的身体或物体的电介质特性。如果座位没有被占用，例如，如果不存在电导体，则不发生显著的电容性耦合。另一方面，如果座位被成年人所占用，则电容性耦合将比儿童坐在座位上的情况下更高。

□在所谓的耦合模式中，由第二频率f1的交流电压源3驱动第二电极2，并通过用电流表5测量耦合电流I(f1)来确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合。该电容性耦合受第一和第二电极之间的电导体的存在以及从各自电极到该导体的距离强烈地影响。换句话说，耦合模式测量提供关于位于座位上的导体是否突入地板车厢，例如成年人占用者的腿和脚，的可靠信息。

通过交替这两个操作模式，从而能收集到关于座位占用状况的可靠信息。在本发明的优选实施例中，系统还包含安排在车辆的座位22的压力传感垫24(以虚线示出)。作用于座位的压力分布通过压力传感垫确定，然后所述压力分布能被用来进一步加强座位占用的分类。

如果压力传感垫24与上述场检测系统组合使用，则压力传感垫和电极1被优选地装配，以形成单个单元。在这种情况下，电极1被例如直接附在压力传感垫24的顶端表面。

图2示出了关于座位电极1的优选的实施例。座位电极1包含：屏蔽电极8(防护)，指向座位框架；传感电极7，指向座位的占用者。在传感电极7和屏蔽电极8之间需要绝缘层9。在操作中，由同一交流电压源4驱动屏蔽电极8和传感电极7，使得防护电极8防止源自传感电极7的电场与座位框架耦合。因此，传感电极仅在座位占用者的方向上有效，而不朝向放置在座位下的物体。

如果第一电极1被固定在压力传感垫24上，则可以通过把导电的羊毛或织物材料热封到压敏垫24上，来制造防护电极8。如果还使用座位加热器，则该座位加热器必须被放置在所述垫24的顶端。座位加热器可以用作传感电极7。另外，在座位加热器的外部轮廓上的分离地供电的导线能被用来测量到座位框架的泄漏电流，作为对于儿童座位检测系统的冗余电极。

为了监视电极1是否工作在最佳的环境条件下，即，绝缘层9是否干燥，可以执行传感电极7和屏蔽电极8之间的电阻测量10。图3中示意性地表示了这样的电阻测量。

Claims (19)

1.一种用于检测车辆中座位占用的系统，包括：

第一和第二电容性电极，所述第一和第二电容性电极被安排在所述车辆的车厢内；以及

驱动器和评估电路，与所述第一和第二电容性电极可操作地连接，

其特征在于：

所述第一电容性电极被安排在所述车辆的座位，且所述第二电容性电极被安排在所述车辆的足部区域，并且所述驱动器和评估电路包含：装置，用于驱动所述第一电容性电极，并确定与放置在所述座位上的身体或物体的电容性耦合；以及装置，用于驱动所述第二电极，并确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合。

2.根据权利要求1的用于检测座位占用的系统，其中用于确定与放置在所述座位上的物体的电容性耦合的所述装置包括用于测量从所述第一电极流出的加载电流的装置。

3.根据权利要求1或2的用于检测座位占用的系统，其中用于确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合的所述装置包括用于测量流进所述第一电极的耦合电流的装置。

4.根据权利要求1到3中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中所述第二电极被安排在所述车辆的地板地毯的下面。

5.根据权利要求4的用于检测座位占用的系统，其中所述第二电极被附在所述地板地毯上。

6.根据权利要求1到5中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中所述第二电极包括金属箔片、金属导线织物、金属涂层织物或非纺织物和/或金属涂层热塑性薄膜。

7.根据权利要求1到6中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中所述第二电极包括保护层。

8.根据权利要求1到7中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中，所述第一电极被安排在所述座位的座位平面。

9.根据权利要求1到8中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中，所述第一电极包括至少一个传感电极和至少一个屏蔽电极，所述传感电极被安排为面向所述屏蔽电极，所述传感电极指向放置在所述座位上的物体，所述屏蔽电极背向所述物体。

10.根据权利要求9的用于检测座位占用的系统，其中所述传感电极和/或所述屏蔽电极包括金属箔片、金属导线织物、金属涂层织物或非纺织物和/或金属涂层热塑性薄膜。

11.根据权利要求1到10中的任意一个的用于检测座位占用的系统，还包括安排在所述车辆的所述座位上的压力传感垫。

12.根据权利要求11的用于检测座位占用的系统，其中所述第一电极附在所述压力传感垫的上表面。

13.根据权利要求1到12中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中所述第一电极被附在所述座位的座位覆盖物或座位装饰上。

14.根据权利要求1到12中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中所述第一电极被集成进所述座位的座位装饰中。

15.根据权利要求1到13中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中由座位加热元件形成所述第一电极。

16.根据权利要求9到15中的任意一个的用于检测座位占用的系统，其中所述驱动器和评估电路包含用于在所述至少一个传感电极和所述至少一个屏蔽电极之间进行电阻测量的装置。

17.一种用于检测车辆中的座位占用的方法，包括如下步骤：

a)驱动安排在所述车辆的座位的第一电容性电极，并确定与放置在所述座位上的物体间的电容性耦合；以及

b)驱动安排在所述车辆的足部区域的第二电容性电极，并确定所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合。

18.根据权利要求17的用于检测座位占用的方法，还包括确定由放置在座位上的物体所施加的压力分布的步骤。

19.根据权利要求18的用于检测座位占用的方法，其中，所述所确定的与物体的电容性耦合、所述所确定的所述第二电极和所述第一电极之间的电容性耦合、以及所述所确定的压力分布被提供给组合的座位占用分类算法。

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