CN202903206U

CN202903206U - 汽车座椅、电容式人体检测系统及电容式人体检测装置

Info

Publication number: CN202903206U
Application number: CN 201220542243
Authority: CN
Inventors: 张海涛
Original assignee: Langfang City Jinseshiguang Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Langfang City Jinseshiguang Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-10-23

Abstract

本实用新型公开的是一种电容式人体检测装置，包括：由具有导电特性的传感电极和覆于所述传感电极侧的绝缘保护覆层构成的上层；由具有导电特性的屏蔽电极和覆于所述屏蔽电极侧的绝缘保护覆层构成的下层；设置于所述上层和所述下层之间，具有弹性复位功能的中间隔层。本实用新型可靠判断车辆运行过程中的座椅占用状态，并且提高所属状态的指示输出信号的正确度和精确度，减少乘员座椅占用及识别的误判等问题。本实用新型还公开了一种电容式人体检测系统和汽车座椅。

Description

汽车座椅、电容式人体检测系统及电容式人体检测装置

技术领域

本实用新型涉及电容式传感器技术领域，更具体地说，涉及一种汽车座椅、电容式人体检测系统及电容式人体检测装置。

背景技术

通常的电容式人体检测判断装置诸如电容式触摸开关，以作为生命物体的人体作为对地等电位体，一般采用一定面积的固定导电物作为感测人体的传感电极。同时，为了消除周围带电干扰物等对传感电极的影响，会在传感电极的背面设置一个具有相对较大面积的接地导电体作为屏蔽电极，二者之间为一个具有相对介电常数及稳定厚度的绝缘间隔物。此类电容式人体检测判断装置将传感电极与屏蔽电极之间在一定电压下相对稳定的感应值，作为该装置检测装置的系统误差予以处理。此类产品已在各个领域得到了广泛的应用，亦可应用在座椅的椅面内部用来感测诸如人体的存在。

当人体的臀部接近或贴合座椅椅面时，虽然通常意义的具有相对固定间隔物的电容式人体检测判断装置依然可以进行机动车座椅的人体占用与识别。但在实际应用中，会由于周围因素的干扰，如：环境的潮湿度、人体衣着厚度、椅面装饰物的厚度等影响，使得在系统中央控制单元中对信号阈值的难以准确设定，也会导致对该检测判断装置的灵敏度设定产生影响，甚至会导致出现误判断的情况。

因此，如何可靠判断车辆运行过程中的座椅占用状态，并且提高所属状态的指示输出信号的正确度和精确度，减少乘员座椅占用及识别的误判等问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种汽车座椅、电容式人体检测系统及电容式人体检测装置，以可靠判断车辆运行过程中的座椅占用状态，并且提高所属状态的指示输出信号的正确度和精确度，减少乘员座椅占用及识别的误判等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电容式人体检测装置，包括：

由具有导电特性的传感电极和覆于所述传感电极侧的绝缘保护覆层构成的上层；

由具有导电特性的屏蔽电极和覆于所述屏蔽电极侧的绝缘保护覆层构成的下层；

设置于所述上层和所述下层之间，具有弹性复位功能的中间隔层。

优选地，在上述电容式人体检测装置中，所述传感电极为具有一定展开面积的导电体。

优选地，在上述电容式人体检测装置中，所述屏蔽电极为与所述传感电极平行布置的导电体。

优选地，在上述电容式人体检测装置中，所述中间隔层为在施加0.4kg/cm²压强的作用力时，可以实现30~65%的厚度变形量的隔层。

优选地，在上述电容式人体检测装置中，所述中间隔层为海绵、发泡橡胶、弹性无纺材料或间隔织物。

优选地，在上述电容式人体检测装置中，所述屏蔽电极为与所述传感电极的导体一侧，各自覆盖一层绝缘介质作为绝缘保护覆层，如绝缘漆膜、绝缘胶膜等，会更好地改善和降低环境的温湿度变化对电极的影响。

一种电容式人体检测系统，包括：

如上所述的电容式人体检测装置；

与所述电容式人体检测装置的传感电极通过引出线束相连的中央控制单元；

与所述中央控制单元通过外部线束相连的连接器。

一种汽车座椅，包括电容式人体检测装置，所述电容式人体检测装置为如上任一项所述的电容式人体检测装置。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的电容式人体检测装置，采用了可弹性变形的介质作为中间隔层，在人体承压乘坐的情况下系统信号采样端的有效采样电容值参数变化产生了电容式人体检测装置10内自身信号增强的作用。而这一点在诸如电容传感类的弱信号检测中是极为重要的，其可以实现充分提高系统的抗干扰性能的要求。本实用新型不同于传统电容式人体探测传感系统，利用机动车座椅的人体占用与识别的特殊特性，成功解决了以往的电容式传感装置中由于外部因素干扰造成的电容的阈值界定困难的问题。本实用新型可靠判断车辆运行过程中的座椅占用状态，并且提高所属状态的指示输出信号的正确度和精确度，减少乘员座椅占用及识别的误判等问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电容式人体检测系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的未受力时电容式人体检测装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的受力时电容式人体检测装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的电容式人体检测装置的等效电路模型。

具体实施方式

本实用新型公开了一种汽车座椅、电容式人体检测系统及电容式人体检测装置，以可靠判断车辆运行过程中的座椅占用状态，并且提高所属状态的指示输出信号的正确度和精确度，减少乘员座椅占用及识别的误判等问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图4，图1为本实用新型实施例提供的电容式人体检测系统的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的未受力时电容式人体检测装置的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的受力时电容式人体检测装置的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的电容式人体检测装置的等效电路模型。

本实用新型实施例提供的电容式人体检测装置10，包括：

由具有导电特性的传感电极32和覆于传感电极32侧的绝缘基层31及绝缘保护覆层32’构成的上层11；

由具有导电特性的屏蔽电极34和覆于屏蔽电极34侧的绝缘基层35及绝缘保护覆层34’构成的下层12；

设置于上层11和下层12之间，具有弹性复位功能的中间隔层33。

本实用新型提供的电容式人体检测装置，采用了可弹性变形的介质作为中间隔层，在人体承压乘坐的情况下系统信号采样端的有效采样电容值参数变化产生了电容式人体检测装置10内自身信号增强的作用。而这一点在诸如电容传感类的弱信号检测中是极为重要的，其可以实现充分提高系统的抗干扰性能的要求。本实用新型不同于传统电容式人体探测传感系统，利用机动车座椅的人体占用与识别的特殊特性，成功解决了以往的电容式传感装置中由于外部因素干扰造成的电容的阈值界定困难的问题。本实用新型可靠判断车辆运行过程中的座椅占用状态，并且提高所属状态的指示输出信号的正确度和精确度，减少乘员座椅占用及识别的误判等问题。

在图2中，给出了未受外力作用时含有可弹性中间隔层33的电容式人体检测装置10的剖面图。上层11由具有导电特性的传感电极32和其绝缘基层31及绝缘保护覆层32’构成；其下方为绝缘的可弹性变形中间隔层33；最下方的下层12亦由具有导电特性的屏蔽电极34和其绝缘基层35及绝缘保护覆层34’构成。

其中，传感电极32为具有一定展开面积的导电体，其与中央控制单元20的信号采样端（未示出）经引出线束21相连接。当外部人体（未示出）与其接近时，将会与其产生电容耦合。

在电容式人体检测装置10的下方，即远离人体的一侧为屏蔽电极34，其同样为面积稍大的具有一定展开面积的导电体，且与传感电极32相对相向平行布置，二者之间保持相对稳定的相向面积S。中间的间隔物是具有一定厚度d，可弹性变形的中间隔层33，其材质具有均匀的相对介电常数。

在本实施例中，中间隔层33为在施加0.4kg/cm²压强的作用力时，可以实现30~65%的厚度变形量的隔层。中间隔层33优选为海绵、发泡橡胶、弹性无纺材料、间隔织物或其复合物。

本实用新型实施例提供的电容式人体检测系统00，包括：

如上实施例公开的电容式人体检测装置10；

与电容式人体检测装置的传感电极32通过引出线束21相连的中央控制单元20；

与中央控制单元20通过外部线束22相连的连接器23。

电容式人体检测系统00包含安装于座椅椅面（未示出）内侧的电容式人体检测装置10，将其与中央控制单元20相连接的引出线束21，以及外部线束22和连接器23。

电容式人体检测装置10主要包括负责进行人体探测的上层11，中间的可弹性中间隔层33，以及下方的下层12构成。电容式人体检测装置10的传感电极32所测得的信号经引出线束21传输给中央控制单元20，并根据系统预先设计的阈值对信号强度进行检测和判断。

电容式人体检测装置10的传感电极32、屏蔽电极34以相间隔呈正对应的关系布置，采用可弹性变形的介质作为中间隔层33。当外部力量正向作用于电容式人体检测装置的10时，会将传感电极32与屏蔽电极34挤压靠近，从而可以改变两电极之间的电容值。对于外形相对稳定的电极之间，电容值取决于中间隔层33的介电性质、两电极之间的距离d。（平行板电容器的电容C跟介电常数ε成正比，跟正对面积成S正比，与极板间的间隔距离d成反比）计算公式如下：

C=εS/d（ε＝ε₀*ε_r，其中ε_r是介质的相对介电常数，ε₀是真空的介电常数）。

本实用新型中，电容式人体检测装置10内部作为探测生命体的传感电极32位于面向人体的一侧，其下方间为一个在非载人承压状态下呈一定厚度的可弹性变形的绝缘间隔物后部，设置接地的屏蔽电极34。系统将以系统误差的方式，在滤除非载人承压状态即座椅无人乘坐状态时电容式人体检测装置10的传感电极32与屏蔽电极34之间的固有电容值C₀，并对此时来自传感电极32的电容信号C_S进行监测。此时，检测判断装置的信号采样端24对来自电容式人体检测装置10的非载人固有电容值C₀，和来自传感电极32的电容信号C_S进行合并判断，即信号采样端24感测到的电容值C_x=C₀+C_S。由于非载人固有电容值C₀被作为系统误差予以滤除，此时系统信号采样端24的有效信号C_xi=C_S。当车辆座椅上无人，即处于非载人状态时，传感电极的电容信号Cs呈现为较小值的C_S0，即：C_xi=C_S0。

基于考虑到外部人体压力的限定性基础上实用新型的此项可弹性变形介质的电容式人体检测装置10，其在外部作用力（如人体臀压）的情况下，可使得传感电极32与屏蔽电极34之间的可弹性变形间隔介质（中间隔层33）的厚度在外来压力作用下发生弹性压缩，使传感电极32与屏蔽电极34之间的距离d变小，从而改变了传感电极32与屏蔽电极34之间的固有电容值C₀变为C₀₁，且C₀₁>C₀。当在外部作用力去除的情况下，可弹性变形间隔介质的厚度发生弹性还原，使传感电极32与屏蔽电极34之间的距离恢复原来状态，从而传感电极32与屏蔽电极34之间恢复固有电容值C₀。

在本实用新型中当车辆座椅上有人体乘坐，即处于载人状态时，传感电极与屏蔽电极之间的电容值由C₀变大为C₀₁，加之此时传感电极与椅面人体相互耦合，此时，传感电极的电容信号C_S呈现为较大值的C_S1。系统的信号采样端24此时感测到的电容值C_x1=C₀₁+C_S1。在系统内滤除固有电容值C0后，系统的信号采样端24的有效信号为C_xi=（C₀₁－C₀）+C_S1。由于C₀₁>C₀，因此，此时系统的信号采样端24的有效信号为C_xi将大于传感电极与椅面人体自身之间的相互耦合电容C_S1，即C_xi>C_S1。

因此，专业人员可以理解，由于本实用新型的采用了可弹性变形的介质作为间隔层，在人体承压乘坐的情况下系统信号采样端24的有效采样电容值参数变化产生了电容式人体检测装置10内自身信号增强的作用。而这一点在诸如电容传感类的弱信号检测中是极为重要的，其可以实现充分提高系统的抗干扰性能的要求。

本实用新型借助可弹性变形间隔物，彼此间隔一定距离布置上层传感电极（传感单元可采用柔性金属导电物和/或柔性非金属导电物作为传感检测电极端）和下层屏蔽电极（传感单元亦可采用柔性金属导电物物和/或柔性非金属导电物作为屏蔽电极端）。针对改变该间隔物的物理特性（如材质自然厚度、材质密度和弹性等）可帮助设定灵敏度的最佳范围。源于外部压力的大小来改变间隔层的弹性变化，致使上层电极和下层电极的距离d发生变化，同时改变传感电极与屏蔽电极之间的电容值。

本项实用新型通过人体检测判断装置的系统内部程序，信号采样端24对来自电容式人体检测装置10传感电极的有效信号C_xi的变化进行信号监测，通过判断C_xi与设定的阈值C_th的比较和判断，从而可以判断出车辆座椅上是否有人体乘坐。

由于系统设置一定的信号阈值C_th作为外来人体占用信号的判断值，对于电容传感器来说，阈值参数也必须加以优化。不同的传感器可能需要独特的灵敏度，通过灵敏度控制菜单进行设置可选择不同的灵敏度水平。为了可靠地进行座椅人体占用判断，复杂环境干扰时（如人体衣着厚度、椅面装饰物的厚度等影响），信号采样端24对来自电容式人体检测装置10传感电极的有效信号C_xi必须大于/等于系统设定的信号阈值C_th，即须C_xi≥C_th。而对于传统电容式信号采样，信号采样端24的有效信号C_xi等于此复杂环境干扰时的传感电极的电容信号C_Z。

而实际上，由于车辆承载应用环境的巨大差异，使得复杂环境下的C_xi难以定值。因此，本实用新型中车辆座椅载人时，可弹性变形介质引起的传感电极与屏蔽电极之间的电容值由C₀变大为C₀₁产生的差值，相对于此复杂环境干扰时的传感电极的电容信号C_Sx可起到重要的信号补偿作用。并进而确保信号采样端24对来自电容式人体检测装置10传感电极的有效信号C_xi在得到该补偿后，实现C_xi≥C_th。确保了复杂环境干扰时人体座椅占用的可靠侦测与识别。

因此，不同于传统电容式人体探测传感系统，本项实用新型利用机动车座椅的人体占用与识别的特殊特性，成功解决了以往的电容式传感装置中由于外部因素干扰造成的电容的阈值界定困难的问题。

本实用新型实施例提供的汽车座椅，包括电容式人体检测装置，其中，电容式人体检测装置为如上实施例公开的电容式人体检测装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电容式人体检测装置，其特征在于，包括：

由具有导电特性的传感电极（32）和覆于所述传感电极（32）侧的绝缘保护覆层（31）构成的上层（11）；

由具有导电特性的屏蔽电极（34）和覆于所述屏蔽电极（34）侧的绝缘保护覆层（35）构成的下层（12）；

设置于所述上层（11）和所述下层（12）之间，具有弹性复位功能的中间隔层（33）。

2.根据权利要求1所述的电容式人体检测装置，其特征在于，所述传感电极（32）为具有一定展开面积的导电体。

3.根据权利要求2所述的电容式人体检测装置，其特征在于，所述屏蔽电极（34）为与所述传感电极（32）平行布置的导电体。

4.根据权利要求1所述的电容式人体检测装置，其特征在于，所述中间隔层（33）为在施加0.4kg/cm²压强的作用力时，可以实现30~65%的厚度变形量的隔层。

5.根据权利要求1所述的电容式人体检测装置，其特征在于，所述中间隔层（33）为海绵、发泡橡胶、弹性无纺材料或间隔织物。

6.一种电容式人体检测系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-5任一项所述的电容式人体检测装置；

与所述电容式人体检测装置的传感电极（32）通过引出线束（21）相连的中央控制单元（20）；

与所述中央控制单元（20）通过外部线束（22）相连的连接器（23）。

7.一种汽车座椅，包括电容式人体检测装置，其特征在于，所述电容式人体检测装置为如权利要求1-5任一项所述的电容式人体检测装置。