DE10018014C2 - 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 (DE 196 30 769 A1). Die Kapazität der Sensor­ sitzmatte ist hierbei Bestandteil eines Übertragungssystems, das beispielsweise als Bandpaßfilter oder Hochpaßfilter aus­ gebildet sein kann und von einem Signalgenerator mit einem Anregungssignal angesteuert wird. Zur Erfassung der Sitzbele­ gung wird hierbei ausgenutzt, daß sich das Übertragungsver­ halten des Übertragungssystems in Abhängigkeit von der Sitz­ belegung und damit der Kapazität der Sensorsitzmatte ändert, so daß am Ausgang des Übertragungssystems ein sitzbelegungs­ abhängiges Meßsignal erscheint, das dann bei der bekannten Meßanordnung von einer Auswertungseinheit ausgewertet wird.

Aus der DE 27 20 966 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum zerstörungsfreien Überprüfen von Werkstoffen mittels Ultraschall bekannt. Dabei wird ein breitbandiges akustisches Signal erzeugt, das in seiner Frequenz, Amplitude, ect. durch einen Signalgenerator bestimmt wird. Die Laufzeit eines sol­ chen ausgesendeten Signals gemessen. Auch die US 2 280 226 A offenbart ein solches Verfahren.

Aus der DE 195 25 707 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Atemtätigkeit eines Säuglings bekannt, bei der die durch die Atemtätigkeit verursachten Änderungen der Kapazität eines Sensorkondensators erfasst werden. Die Anregung des Sensor­ kondensators erfolgt monofrequent durch einen Hochfrequenzos­ zillator mit einem Schwingquarz als Signalgenerator.

Nachteilig an der aus der gattungsbildenden DE 196 30 769 A1 bekannten Meßanordnung ist die Tatsache, daß die Messung durch monofrequente oder schmalbandige Störsignale gestört wird, sofern das Anregungssignal für die kapazitive Sensor­ sitzmatte im Frequenzbereich der Störsignale liegt.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene bekannte Meßanordnung dahingehend zu verbessern, daß die Messung durch monofrequente oder schmalbandige Stör­ signale möglichst geringfügig gestört wird.

Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Meßanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, anstel­ le eines monofrequenten oder schmalbandigen Anregungssignals für die kapazitive Sensorsitzmatte ein breitbandiges Anre­ gungssignal zu verwenden, so daß ein monofrequentes oder schmalbandiges Störsignal nur einen kleinen Frequenzbereich des Anregungssignals umfaßt und deshalb nur zu einer gering­ fügigen Störung der Messung führt.

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

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 o­ der 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.

Ein derartiges vorzugsweise als stochastisches binäres Rauschsignal ausgebildetes Anregungssignal wird von einem oh­ nehin zur Steuerung der Meßanordnung erforderlichen Micro­ controller erzeugt, so daß auf einen separaten Signalgenera­ tor 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 ein Flußdiagramm, das die Erzeugung des binären Rauschsignals gemäß Fig. 2 verdeutlicht.

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 Übertragungsverhalten 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 Rauschsignal wird von dem Microcontroller 3 über eine Ausgangsleitung 4 einem Demultiplexer 5 zugeführt, der aus­ gangsseitig 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 Microcontroller 3 bestimmen kann, welchem Filter 2.1, 2.2 bzw. 2.3 das binäre Rauschsig­ nal zugeführt wird. Am Ausgang der Filter 2.1, 2.1 bzw. 2.3 erscheint deshalb bei der Ansteuerung mit dem binären Rausch­ signal ein Meßsignal, das von der Sitzbelegung des jeweiligen Sitzes abhängt. Die Ausgangssignale der einzelnen Filter 2.1, 2.2, 2.3 werden einem Multiplexer 7 zugeführt, der ebenfalls über die Steuerleitung 6 von dem Microcontroller 3 angesteu­ ert wird, so daß der Microcontroller 3 bestimmen kann, wel­ ches Ausgangssignal der Filter 2.1, 2.2 bzw. 2.3 als Meß­ signal 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 3 über die Ausgangsleitung 4 aus­ gegebene 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 über eine Verbindungsleitung 10 eingangsseitig an ei­ nem Steuereingang ein Quadratursignal, das zu dem Inphase­ signal phasenverschoben ist und von dem Mikrocontroller 3 er­ zeugt wird.

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.

Unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 3 wird im fol­ genden die Erzeugung des binären Rauschsignals in dem Micro­ controller 3 beschrieben. Die Rauschsignalerzeugung gliedert sich hierbei in zwei Abschnitte 14, 15, wobei in dem ersten Abschnitt 14 vorab eine Rauschsignalfolge generiert wird, die dann in dem zweiten Abschnitt 15 während des eigentlichen Meßvorgangs ausgegeben wird.

Zur Generierung der Rauschsignalfolge in Abschnitt 14 werden zunächst zufällig Flankenwechselwerte n (i) mit i = 0 . . . imax berechnet. Die zeitliche Schwankungsbreite der einzelnen Flankenwechselwerte n (i) kann hierbei im Rahmen der zufälli­ gen Berechnung vorgegeben werden.

Im nächsten Abschnitt 15 wird dann zunächst der mit der Aus­ gangsleitung 4 des Microcrontollers 3 verbundene Ausgang auf logisch low gesetzt. Anschließend wird dann ein Schleifenzäh­ ler k von 0 ausgehend hochgezählt, bis der erste Flankenwech­ selwert n(i = 0) erreicht ist. Beim Erreichen dieses Flankenwechselwertes n(i = 0) wird der mit der Ausgangsleitung 4 des Microcontrollers 3 verbundene Ausgang invertiert. Anschlie­ ßend wiederholt sich dieser Vorgang, wobei der Schleifenzäh­ ler k jeweils mit dem nächsten Flankenwechselwert N(i = i + 1) verglichen wird. Auf diese Weise wird die vorab im Abschnitt 14 generierte Rauschsignalfolge über die Ausgangsleitung 4 des Microcontrollers 3 ausgegeben. Nach der Ausgabe der ge­ samten Rauschsignalfolge wird diese dann erneut ausgegeben.

Anstelle der vorstehend beschriebenen vorangehenden Generie­ rung der Rauschsignalfolge im Abschnitt 14 kann die Rausch­ signalfolge alternativ auch online während des eigentlichen Meßvorgangs erzeugt werden.

Bei der Meßanordnung wird die Rauschsignalfolge in dem Micro­ controller 3 hardwaremäßig erzeugt. Dies bietet den Vorteil, daß die CPU des Mikrocontrollers 3 durch die Erzeugung der Rauschsignalfolge nicht belastet wird. Hierzu weist der Mik­ rocontroller 3 einen sogenannten Peripheral Event Controller (PEC) oder eine Direct-Memory-Access-Einheit (DMA-Einheit) auf, über die ein Datentransfer von einem Byte (8 Bit) oder einem Datenwort (16 Bit) ohne nennenswerte CPU-Belastung durchgeführt werden kann. Grundlage für die Signalausgabe ist hierbei die sogenannte Capture/Compare-Einheit mit zugeordne­ ten Timern und Registern (CC-Register). Bei diesem Verfahren speichert der Mikrocontroller 3 vorgenerierte Flankenwechsel­ werte jeweils als Hexadezimalzahl in einer Tabelle, wobei die einzelnen Flankenwechselwerte mittels des PEC-Transfers nach­ einander aus der Tabelle in ein Register eingelesen werden. Anschließend wird der in dem Register gespeicherte aktuelle Flankenwechselwert mit einem Timer verglichen, der laufend hochgezählt wird. Beim Erreichen des in dem Register gespei­ cherten Flankenwechselwerts wird der Ausgang für das Rausch­ signbal getoggelt, d. h. von logisch LOW auf logisch HIGH ge­ setzt bzw. umgekehrt. Weiterhin wird der Timer zurückgesetzt und der nächste Flankenwechselwert aus der Tabelle ausgelesen.

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 (14)

1. Meßanordnung, insbesondere zur Sitzbelegungserkennung in einem Personenkraftwagen, mit
mindestens einem Sensor (1.1, 1.2, 1.3) zur Erzeugung eines Meßsignals,
mindestens einem ausgangsseitig mit dem Sensor (1.1, 1.2, 1.3) verbundenen Signalgenerator (3) zur Anregung des Sensors (1.1, 1.2, 1.3) mit einem Anregungssignal,
mindestens einer Auswertungseinheit (8), die eingangsseitig zur Auswertung des Meßsignals mit dem Sensor (1.1, 1.2, 1.3) und zur Referenzbildung mit dem Signalgenerator (3) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Anregungssignal breitbandig ist,
daß der Signalgenerator (8) ein Mikrocontroller ist, und
daß zum Erzeugen des Anregungssignals eine Einheit des Mikro­ controllers zum direkten Transferieren von Daten aus einem Speicher oder einem Register in einen anderen Speicher oder ein anderes Register verwendet wird.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungssignal ein Rauschsignal ist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungssignal ein binäres Signal ist.

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

5. 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.

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

7. Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber ein bistabiles Kippglied ist.

8. Meßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippglied ein D-Flip-Flop ist.

9. 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.

10. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zum Transferieren von Daten ein Peripheral Event Controller oder eine Direct-Memory-Access-Einheit ist.

11. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabeeinheit mit zugeordneten Timern und Regis­ tern zum Erzeugen und Ausgeben des Anregungssignals verwendet wird.

12. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit eine Capture-Compare-Einheit ist.

13. Meßanordnung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum direkten Transferieren von Daten einen in einer Tabelle abgelegten und die Zeitspanne zwischen zwei Flankenwechseln des Anregungssignals kennzeichnenden Flanken­ wechselwert in ein Register der Ausgabeeinheit überträgt.

14. Meßanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit derart ausgebildet ist, dass ein Ti­ mer der Ausgabeeinheit bis zum Erreichen des aktuell in dem Register gespeicherten Flankenwechselwertes zählt und beim Erreichen des aktuellen gespeicherten Flankenwechselwertes einen Flankenwechsel im Anregungssignal erzeugt.