DE10017933C2 - Messanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung, insbesondere zur Sitzbelegungserkennung in einem Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Personenwagen werden bereits Messanordnungen zur Sitzbele­ gungserkennung verwendet, die als Sensor eine in den Sitz eingelegte oder eingearbeitete kapazitive Sensorsitzmatte aufweisen, deren Kapazität sich in Abhängigkeit von der Sitz­ belegung ändert. Die Kapazität der Sensorsitzmatte ist hier­ bei Bestandteil eines Übertragungssystems, das beispielsweise als Bandpassfilter ausgebildet sein kann und von einem Sig­ nalgenerator mit einem Anregungssignals angesteuert wird. Zur Erfassung der Sitzbelegung wird hierbei ausgenutzt, dass sich das Übertragungsverhalten des Übertragungssystems in Abhän­ gigkeit von der Sitzbelegung und damit der Kapazität der Sen­ sorsitzmatte ändert, so dass am Ausgang des Übertragungssys­ tems ein sitzbelegungsabhängiges Messsignal erscheint, das dann bei der bekannten Messanordnung von einer Auswertungs­ einheit ausgewertet wird. Ein entsprechendes Messverfahren ist beispielsweise aus Pontig, K. W., DENKER M.: Aktuelles Verfahren der Sensorsignalauswertung bei kapazitiven und re­ sistiven Sensoren, m & p Oktober 1991, Seite 423 ff., be­ kannt.

Nachteilig an dieser bekannten Messanordnung ist die Tatsa­ che, dass ein relativ starkes Anregungssignal verwendet wer­ den muss, um ausgangsseitig ein verwertbares Messergebnis zu erhalten.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene bekannte Messanordnung dahingehend zu verbes­ sern, dass die Messung auch mit einem relativ schwachen Anre­ gungssignal durchgeführt werden kann. Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Messanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung geht von der neuen Erkenntnis aus, daß ein Großteil der Signalenergie des Anregungssignals keinen Bei­ trag zu dem am Ausgang des Übertragungssystems meßbaren Sig­ nal liefert, da das Übertragungssystem aufgrund seines Fre­ quenzverhaltens einen Großteil des Anregungssignals heraus­ filtert. Die Erfindung umfaßt deshalb die allgemeine techni­ sche Lehre, das Frequenzspektrum des Anregungssignals an die Bandbreite des Übertragungssystems anzupassen, damit mög­ lichst die gesamte Signalenergie des Anregungssignals bei der Messung verwendet wird.

In der bevorzugten Ausführungsform ist das Anregungssignal ein breitbandiges Rauschsignal, wobei die Signalenergie vor­ zugsweise über den gesamten Frequenzbereich des Anregungssig­ nals gleichmäßig verteilt ist.

Das Übertragungssytem besteht vorzugsweise aus einem Bandpaß­ filter, wobei die Bandbreite des Bandpaßfilters vorzugsweise gleich der Bandbreite des Anregungssignals ist. In der Praxis ist die Bandbreite des Anregungssignals durch Vorgaben der Automobilindustrie eingeschränkt, so daß die Bandbreite des Bandpaßfilters entsprechend angepaßt werden muß. Stattdessen kann das Übertragungssystems jedoch auch aus einem Hochpaß­ filter oder einem Tiefpaßfilter bestehen, wobei das Anre­ gungssignal vorzugsweise im Frequenzbereich des Hoch- bzw. Tiefpaßfilters liegt. Dies bedeutet, daß die Grenzfrequenzen des Hoch- bzw. Tiefpaßfilters mit der entsprechenden Grenz­ frequenz des hoch- bzw. tieffrequenten Anregungssignals zu­ sammenfallen.

Anstelle eines stochastischen Rauschsignals als Anregungssig­ nal ist es jedoch auch möglich, ein Anregungssignal zu ver­ wenden, dessen Frequenz sich laufend ändert. So ist es bei­ spielsweise möglich, daß die Frequenz des Anregungssignals jeweils innerhalb kurzer Zeitabschnitte von einem vorgegebe­ nen unteren Grenzwert auf einen vorgegebenen oberen Grenzwert erhöht wird. Auch in diesem Fall führt ein monofrequentes oder schmalbandiges Störsignal nur zu einer geringfügigen Stö­ rung der Messung, nämlich dann, wenn die variierende Frequenz des Anregungssignals mit der Frequenz des Störsignals zusam­ menfällt.

In der bevorzugten Ausführungsform wird das breitbandige An­ regungssignal digital erzeugt, so daß vorteilhaft auf die an­ sonsten erforderlichen Analogschaltungen zur Erzeugung des Anregungssignals verzichtet werden kann. Im Falle eines sto­ chastischen Rauschsignals als Anregungssignal wird vorzugs­ weise ein binäres Rauschsignal verwendet, das aus einer sto­ chastischen Folge von Low- und High-Pegeln besteht.

Vorzugsweise wird ein derartiges stochastisches binäres Rauschsignal von einem ohnehin zur Steuerung der Meßanordnung erforderlichen Microcontroller erzeugt, so daß vorteilhaft auf einen separaten Signalgenerator verzichtet werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Er­ fassung der Sitzbelegung in einem Personenkraftwagen be­ schränkt. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Meßprinzip auch im Rahmen anderer Einsatzgebiete zur Verwendung kommen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam­ men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zei­ gen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Meßa­ nordnung zur Sitzbelegungserkennung in einem Perso­ nenkraftwagen,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des in der Meßanordnung ge­ mäß Fig. 1 verwendeten binären Rauschsignals sowie Fig. 3 das Frequenzspektrum des Anregungssignals sowie die Bandbreite des Bandpaßfilters.

Die in Fig. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung gezeigte Meßanordnung ermöglicht die Sitzbelegungserken­ nung in einem Personenkraftwagen und weist hierzu mehrere Sensoren 1.1, 1.2, 1.3 auf, die jeweils als kapazitive Sen­ sorsitzmatte ausgebildet sind, wobei die Sensoren 1.1 und 1.2 jeweils zur Messung dienen, wohingegen der Sensor 1.3 ledig­ lich ein Referenzsignal liefert. Die Sensoren 1.1, 1.2, 1.3 bilden jeweils eine Kapazität, die Bestandteil jeweils eines Filters 2.1, 2.2, 2.3 ist, so daß sich das Übertragungsver­ halten der Filter 2.1, 2.2, 2.3 in Abhängigkeit von der je­ weiligen Sitzbelegung und der daraus resultierenden Kapazität der Sensorsitzmatte ändert. Vorzugsweise sind die Filter 2.1, 2.2, 2.3 als Bandpaßfilter ausgebildet, jedoch ist es alter­ nativ hierzu auch möglich, Tiefpaßfilter oder Hochpaßfilter zu verwenden.

Zur Steuerung der gesamten Meßanordnung ist ein Microcontrol­ ler 3 vorgesehen, der unter anderem ein binäres Rauschsignal zur Ansteuerung der Filter 2.1, 2.2, 2.3 erzeugt, wobei der zeitliche Verlauf des von dem Microcontroller 3 erzeugten bi­ nären Rauschsignals exemplarisch in Fig. 2 dargestellt ist. Das Frequenzspektrum AS des Rauschsignals sowie die Bandbrei­ te ÜK der Filter 2.1, 2.2, 2.3 ist dagegen in Fig. 3 wieder­ gegeben, wobei zum Vergleich auch das Spektrum WR von weißem Rauschen dargestellt ist. Das Rauschsignal wird von dem Mic­ rocontroller 3 über eine Ausgangsleitung 4 einem Demultiple­ xer 5 zugeführt, der ausgangsseitig mit den einzelnen Filtern 2.1, 2.2, 2.3 verbunden ist und über eine Steuerleitung 6 von dem Microcontroller 3 angesteuert wird, so daß der Micro­ controller 3 bestimmen kann, welchem Filter 2.1, 2.2 bzw. 2.3 das binäre Rauschsignal zugeführt wird. Am Ausgang der Filter 2.1, 2.1 bzw. 2.3 erscheint deshalb bei der Ansteuerung mit dem binären Rauschsignal ein Meßsignal, das von der Sitzbele­ gung des jeweiligen Sitzes abhängt. Die Ausgangssignale der einzelnen Filter 2.1, 2.2, 2.3 werden einem Multiplexer 7 zu­ geführt, der ebenfalls über die Steuerleitung 6 von dem Mic­ rocontroller 3 angesteuert wird, so daß der Microcontroller 3 bestimmen kann, welches Ausgangssignal der Filter 2.1, 2.2 bzw. 2.3 als Meßsignal ausgewertet wird.

Das am Ausgang des Multiplexers 7 erscheinende Meßsignal wird einem Korrelator 8 zugeführt, der aus zwei phasenselektiven Gleichrichtern 9.1, 9.2 besteht, wobei die beiden phasense­ lektiven Gleichrichter 9.1, 9.2 als Eingangssignal das Meß­ signal von dem Multiplexer 7 erhalten. Die phasenselektiven Gleichrichter 9.1, 9.2 sollen aus dem Meßsignal die Amplitude derjenigen Schwingung bestimmen, die die gleiche Frequenz wie das von dem Microcontroller über die Ausgangsleitung 4 ausge­ gebene binäre Rauschsignal aufweist und zu diesem eine kon­ stante Phasenlage hat. Hierzu ist der phasenselektive Gleich­ richter 9.1 eingangsseitig über einen Steuereingang direkt mit der Ausgangsleitung 4 des Microcontrollers 3 verbunden und nimmt somit direkt das binäre Rauschsignal als Referenz­ signal auf, das in diesem Zusammenhang auch als Inphasesignal bezeichnet wird. Der phasenselektive Gleichrichter 9.2 erhält dagegen eingangsseitig an einem Steuereingang ein Quadratur­ signal, das zu dem Inphasesignal phasenverschoben ist. Dieses Quadratursignal wird durch ein D-Flip-Flop 10 erzeugt, das eingangsseitig das binäre Rauschsignal sowie ein Taktsignal von dem Microcontroller aufnimmt. Anstelle des D-Flip- Flops 10 kann jedoch auch ein leistungsfähiger Mikrocomputer verwendet werden.

Die Ausgänge der beiden phasenselektiven Gleichrichter 9.1, 9.2 sind über jeweils einen Filter 11.1, 11.2 mit einem A/D- Wandlereingang des Microcontrollers 3 verbunden, um das Sig­ nal anschließend in dem Microcontroller 3 auszuwerten.

Darüber hinaus weist der Microcontroller 3 noch Schnittstel­ len zum Anschluß eines Kommunikationsbausteins 12 und einer Spannungsversorgung 13 auf.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear­ teten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (15)

1. Messanordnung, insbesondere zur Sitzbelegungserkennung in einem Personenkraftwagen, mit
mindestens einem Sensor (1.1-1.3, 2.1-2.3) zur Erzeugung ei­ nes Messsignals,
mindestens einem ausgangsseitig mit dem Sensor (1.1-1.3, 2.1-­ 2.3) verbundenen Signalgenerator (3) zur Anregung des Sensors (1.1-1.3, 2.1-2.3) mit einem Anregungssignal,
mindestens einer Auswertungseinheit (8), die eingangsseitig zur Auswertung des Messsignals mit dem Sensor (1.1-1.3, 2.1-­ 2.3) und zur Referenzbildung mit dem Signalgenerator (3) ver­ bunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Frequenzspektrum (AS) des Anregungssignals an die Bandbreite des Sensors (1.1-1.3, 2.1-2.3) angepasst ist, da­ mit möglichst die gesamte Signalenergie des Anregungssignals bei der Messung verwendet wird.

2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzspektrum des Anregungssignals im wesentli­ chen gleich der Bandbreite des Sensors (1.1-1.3, 2.1-2.3) ist.

3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1.1-1.3, 2.1-2.3) ein von dem Anregungssig­ nal angesteuertes Filterelement (2.1, 2.2, 2.3) mit einer messungsabhängigen Kapazität aufweist.

4. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (2.1-2.3) des Sensors (1.1-1.3, 2.1-­ 2.3) ein Bandpaßfilter ist.

5. Meßanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des Bandpaßfilters (2.1, 2.2, 2.3) im we­ sentlichen gleich dem Frequenzspektrum des Anregungssignals ist.

6. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungssignal ein Rauschsignal ist.

7. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungssignal ein binäres Signal ist.

8. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (3) ein Microcontroller ist.

9. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinheit (8) mindestens einen phasenselek­ tiven Gleichrichter (9.1, 9.2) aufweist.

10. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinheit (8) zwei parallel geschaltete pha­ senselektive Gleichrichter (9.1, 9.2) aufweist, die eingangs­ seitig zur Auswertung des Meßsignals jeweils mit dem Sensor (1.1, 1.2, 1.3) verbunden sind, wobei der erste phasenselek­ tive Gleichrichter (9.1) zur Referenzbildung das Anregungs­ signal und der zweite phasenselektive Gleichrichter (9.2) zur Referenzbildung ein Quadratursignal erhält, das zu dem Anre­ gungssignal eine konstante Phasenverschiebung aufweist.

11. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Signalgenerator (3) und dem zweiten phasen­ selektiven Gleichrichter (9.2) ein Phasenschieber (10) ange­ ordnet ist.

12. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber ein bistabiles Kippglied (10) ist.

13. Meßanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippglied ein D-Flip-Flop (10) ist.

14. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber durch einen Mikrocomputer realisiert ist.

15. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (1.1, 1.2, 1.3) vorgesehen sind, wobei zwischen der Auswertungseinheit (8) und den Sensoren (1.1, 1.2, 1.3) ein Multiplexer (7) und zwischen dem Signalgenera­ tor (3) und den Sensoren (1.1, 1.2, 1.3) ein Demultiplexer (5) angeordnet ist.