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Die
Erdeinfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Insassenklassifizierung
in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
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Es
ist bereits bekannt, in einem Fahrzeug zur Insassenklassifizierung
entsprechende Sensoren einzusetzen. Dazu gehört beispielsweise eine im Fahrzeugsitz
befindliche Sitzmatte, die Daten liefert, anhand derer eine Gewichtsbestimmung
und auch eine Sitzpositionsbestimmung des Insassen möglich sind.
Weiterhin ermöglichen
diese Daten die Feststellung, ob es sich um einen Insassen oder
einen Gegenstand oder insbesondere einen Kindersitz handelt. Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, eine optische Sensorik einzusetzen, um die Insassenklassifizierung
durchzuführen.
Auch eine Insassenklassifizierung anhand von Hochfrequenzsignalen
ist möglich,
wobei dabei die Tatsache ausgenutzt wird, daß ein Insasse eine andere Permittivität als Luft
aufweist. Die Insassenklassifizierung ist für einen Airbag notwendig, bei
dem einerseits dann anhand der Insassenklassifizierung bestimmbar
ist, ob ein Airbag überhaupt
ausgelöst
werden kann, ohne den Insassen zu verletzen, und bei einem einstellbar
auslösbaren
Airbag ist es möglich,
welche Stufe der Auslösung
für den
jeweiligen Insassen optimal ist.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
43 22 159 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung
der Anwesenheit von Personen auf Sitzen, wozu Elektroden verwendet
werden, die als Flächenelektroden
oder Drahtelektroden ausgebildet sein können. Die Elektroden sind zur
Abtastung des menschlichen Körpers,
wobei in der Auswerteschaltung vorwiegend die Atmung erfasst wird,
vorgesehen. Die Offenlegungsschrift
DE 196 07 637 A1 beschreibt einen CO
2-Sensor zur Überwachung der Atemluft in
einem Fahrgastraum, um gegebenenfalls die Zufuhr von Frischluft zu
veranlassen. Die Offenlegungsschrift
DE 100 20 508 A1 beschreibt einen CO
2-Sensor,
der zur Überwachung
im Fahrerhaus vorgesehen ist, um die Anwesenheit von Insassen zu
erkennen und dann Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, wie etwa das Öffnen von
Gebläsen
oder Fenstern und Erzeugen von sichtbaren Audio- oder Funkalarmen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Insassenklassifizierung in einem Fahrzeug mit den Merkmalen
des unabhängigen
Patentanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, daß durch
die Verwendung eines CO2-Sensors zur Insassenklassifizierung eine
Unabhängigkeit
von Umwelteinflüssen
wie der Temperatur und der Feuchtigkeit erreicht wird. Auch die
Kleidung des Insassen und die Verwendung von Sitzkissen haben so
keinen Einfluß auf
die Gewichtsbestimmung. Außerdem
stellt die Verwendung eines CO2-Sensors
eine kostengünstige
Lösung
dar, da ein CO2-Sensor beispielsweise als
resistiver Gassensor und damit als Halbleiter-Sensor äußerst günstig in
einer Massenproduktion herstellbar ist.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Vorrichtung zur Insassenklassifizierung in einem Fahrzeug
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß aus
den Signalen von dem CO2-Sensor zum einen die CO2-Menge bestimmbar
ist, anhand derer das Gewicht und der Körperoberfläche bestimmbar sind und andererseits das
aus dem Zeitsignal des CO2-Sensors die Atemfrequenz
bestimmbar ist, um damit in Kombination mit der CO2-Menge
eine Plausibilität
der jeweiligen Parameter durchzuführen. Weiterhin ist anhand
der Atemfrequenz beispielsweise die Bestimmung möglich, ob ein Kleinkind vorliegt,
da dies eine höhere Atemfrequenz
in der Regel als Erwachsene aufweist. Damit kann die Klassifizierungsgenauigkeit
des Insassen, also die Unterscheidung Kleinkind/Erwachsener, weiter
erhöht
werden.
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Vorteilhafterweise
ist der CO2-Sensor erfindungsgemäß sehr nahe
beim Insassen und dabei auch vor ihm angeordnet, so daß die ausgeatmete Luft
direkt von dem CO2-Sensor dynamisch erfaßt werden
kann. Damit ist dann eine sehr genaue Messung möglich, wobei der Prozessor
anhand dieser Daten dann eine genaue Abschätzung vornehmen kann.
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Darüber hinaus
ist es von Vorteil, daß der CO2-Sensor in Verbindung mit einem weiteren
Sensor, beispielsweise mit der Sitzmatte, als Plausibilitätssensor
eingesetzt werden kann, um so die Signale von diesen anderen Sensoren
zu bestätigen
oder in Zweifel zu ziehen.
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Desweiteren
ist es von Vorteil, daß der
Prozessor die einzelnen CO2-Sensoren, die
den Sitzen jeweils zugeordnet sind, zyklisch abfragt und somit permanent
die Daten von allen Sensoren aufweist.
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Dabei
ist es vorteilhaft, daß der
Prozessor dann aus allen Signalen von allen CO2-Sensoren
die einzelnen Insassen klassifiziert. Damit kann er durch die einzelnen
Signale der einzelnen CO2-Sensoren eine
Plausibilität
der Signale jeweils herstellen. Dies kann beispielsweise durch bekannte
Methoden der Mustererkennung oder durch Vergleich mit bekannten
Datensätzen,
die beispielsweise in Vorversuchen erzeugt wurden, durchgeführt werden.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigt 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 ein
Zeitdiagramm von CO2-Signalen und 3 eine
Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Fahrzeug.
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Beschreibung
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Durch
die Verwendung von immer mehr Airbags in einem Fahrzeug und insbesondere
durch die Einführung
von Airbags, die in Stufen schaltbar sind, ist es möglich, eine
insassenangepaßte
Verwendung der Airbags zu erzielen. Dazu ist eine genaue Insassenklassifizierung
notwendig, um vor allem festzustellen, wie schwer ein Insasse ist
und damit, welche Rückhaltekraft
aufgewendet werden muß,
um bei einem Aufprall den jeweiligen Insassen optimal zu schützen. Diese
Insassenklassifizierung wird hier erfindungsgemäß mit einem CO2-Sensor
durchgeführt.
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Als
CO2-Sensoren können unterschiedliche Sensortypen
eingesetzt werden. Ein einfacher und weit verbreiteter Sensortyp
sind dabei resistive Gassensoren, wobei insbesondere Halbleiter-Sensoren einsetzbar
sind. Diese Sensoren ändern
in Abhängigkeit
von absorbierten CO2-Molekülen ihren Widerstand, womit
dann die CO2-Menge meßbar ist. Andere Meßprinzipien
sind beispielsweise eine elektrochemische Zelle, die sehr genau
ist, oder Transmissionssensoren, die die Lichtabsorption bei bestimmten
Wellenlängen
detektieren. Diese Wellenlängen liegen
insbesondere im Infrarotbereich, so daß dann Infrarotlaser, die auch
aus Halbleitern hergestellt werden, und entsprechende Fotodetektoren
wie Photodioden einsetzbar sind.
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In 1 ist
als Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt.
Rückhaltemittel 1 wie
Airbags oder Gurtstraffer sind über
einen Datenein-/ausgang mit einem Steuergerät 2 für die Rückhaltemittel 1 verbunden.
Das Steuergerät 2 ist über einen
zweiten Datenein-/ausgang mit einem Prozessor 3 verbunden,
der Signale von CO2-Sensoren und anderen
Insassenklassifizierungssensoren auswertet. Über einen zweiten Datenein-/ausgang
ist der Prozessor 3 mit einem ersten CO2-Sensor 4,
der am Fahrersitz angebracht ist, verbunden. Über einen dritten Datenein-/ausgang
ist der Prozessor 3 mit einem zweiten CO2-Sensor 5 verbunden,
der am Beifahrersitz angebracht ist. Über einen vierten Datenein-/ausgang ist der
Prozessor 3 mit einem dritten CO2-Sensor 6 verbunden,
der am Rücksitz
angeordnet ist, der sich hinter dem Fahrer befindet. Über einen
fünften
Datenein-/ausgang ist der Prozessor 3 mit einem vierten
CO2-Sensor 7 verbunden, der am Rücksitz angeordnet
ist, der sich hinter dem Beifahrersitz befindet. Über einen
sechsten Datenein-/ausgang
ist der Prozessor 3 mit einer Sitzmatte 11 verbunden,
die als Insassenklassifizierungssensor verwendbar ist. Die Sitzmatte 11 weist
druckresistive Elemente auf, die in Abhängigkeit von einem auf den Sitz
aufgebrachten Druck ihren Widerstand ändern. Diese Sitzmatte 11 befindet
sich demnach in einem Fahrzeugsitz des Fahrzeugs. Die Sensoren 4, 5, 6 und 7 befinden
sich alle in der Fahrgastzelle 17.
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Der
Prozessor 3 fragt zyklisch die Sensoren 4, 5, 6 und 7 und
auch 11 ab, um entsprechende Meßsignale von diesen Sensoren
zu erhalten. Die Sensoren 4, 5, 6 und 7 weisen
eine Elektronik auf, die die gemessenen CO2-Signale
verstärkt,
filtert und auch digitalisiert. Teile der Elektronik können auch
in das Steuergerät 2 verlagert
werden. Diese digitalen Daten werden dann zu dem Prozessor 3 übertragen, der
anhand dieser Daten eine Insassenklassifizierung durchführt. Die
Sitzmatte 11 wird hier entweder als Hauptsensor zur Insassenklassifizierung
verwendet, wobei dann in jedem Sitz jeweils ein Sensor vorhanden
ist, oder die Sitzmatte 11 kann auch weggelassen werden,
so daß nur
die CO2-Sensoren 4 bis 7 zur
Insassenklassifizierung verwendet werden. Die Sitzmatte 11 weist
ein eigenes Steuergerät
auf, das das Sitzprofil, welches durch die druckresistiven Elemente
ermittelt wird, bestimmt und eine Auswertung des Sitzprofils vornimmt.
Dies reduziert die Aufgaben, die das Steuergerät 1 übernehmen
muß und auch
die Menge der zu übertragenden
Daten zu dem Steuergerät 1.
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In 2 ist
dargestellt, welche Signale die CO2-Sensoren 4 bis 7 liefern.
Ein Zeitsignal 8 wird vom Sensor 7 erfaßt, während ein
Zeitsignal 18 vom Sensor 4, also dem Fahrersitz,
erfaßt
wird. Ein Gleichsignal 10 aus einem der Zeitsignale 8 und 18 berechnet
der Prozessor 3, beispielsweise durch Summation beziehungsweise
Integration. Aus den Amplituden und durch Integration der Kurven 8 und 18 ist
jeweils die CO2-Menge bestimmbar, die eine gewisse
Person abgibt. Aus einem Vergleich der Peaks, wie es hier mit dem
Abstand 9 bestimmt wird, ist die Atemfrequenz bestimmbar.
Die Amplituden können
dabei zwischen Minimum- und Maximumwert durch einfache Differenzbildung
von dem Prozessor 3 bestimmt werden. Der Prozessor 3 erhält die Kurven 8 und 18 in
digitalisierter Form, also als Abtastwerte.
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Die
Kurve 18 zeigt eine weit größere Amplitudendifferenz als
die Kurve 8, was darauf schließen läßt, daß die Person, die für das Signal 18 verantwortlich
ist, größer ist
als die Person, die für
das Signal 8 verantwortlich ist. Auch die Atemfrequenz
des Signals 8 ist größer als
die der Kurve 18, so daß für das Signal 8 vermutlich
ein Kind als Ursache anzunehmen ist. In dieser Weise ist damit eine
Klassifizierung möglich.
Liefert nun einer der Sensoren 4 bis 7 kein Zeitsignal
wie eins der Kurven 8 oder 18, dann ist dieser
Platz vermutlich nicht durch eine Person besetzt, so daß ein Einsatz
von Airbags hier unterbleiben kann.
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Auch
die Integration der Zeitsignale ist eine Möglichkeit, um die CO2-Menge, die eine Person abgibt, zu bestimmen.
Da die jeweiligen Personen auf den ihnen zugeordneten Sensoren ausatmen,
kommt es beim Ausatmen zu einer erhöhten CO2-Konzentration, die
beim Einatmen wieder abnimmt. Die CO2-Sensoren sind daher
so auszulegen, dass diese dynamische Messung möglich ist, die aber durch die genannten
Sensortypen einfach zu realisieren ist, da die Atemfrequenz im Sekundenbereich
liegt.
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Kommt
es zu einer Überlagerung
von den CO2-Ausstößen verschiedener Personen,
kann der Prozessor 3 durch bekannte Methoden der Mustererkennung
und/oder Signaldekomposition durch die Signale der vier Sensoren 4 bis 7 bestimmen,
welche Person für
welche Signale verantwortlich ist. Ist die Insassenklassifizierung
durch den Prozessor 3 durchgeführt, überträgt der Prozessor 3,
der hier wie ein Steuergerät
für die
Insassenklassifizierungssensoren wirkt, an das Steuergerät 2 für die Rückhaltemittel 1 die
ermittelte Klasse der Insassen auf den entsprechenden Sitzen. Erkennt
nun eine Aufprallsensorik, die hier nicht dargestellt ist, aber
mit dem Steuergerät 2 verbunden
ist, einen Aufprall, dann veranlaßt das Steuergerät 2 den
Einsatz von entsprechenden Rückhaltemitteln 1 in
Abhängigkeit
von der Insassenklassifizierung, die durch den Prozessor 3 ermittelt
wurde, gegebenenfalls in Verbindung mit der Klassifizierung, die
mit der Sitzmatte 11 erfolgt ist.
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3 zeigt
beispielhaft die Einbauposition von CO2-Sensoren im Fahrzeug.
Im Armaturenbrett 16 ist ein CO2-Sensor 12 angeordnet,
der für
die Person, die auf dem Sitz 14 sitzt und sich gegen die Rücklehne 15 lehnt,
vorhanden ist. Der Sensor 12 ist über einen ersten Datenein-/-ausgang
an den Prozessor 3 angeschlossen. Über einen zweiten Datenein-/ausgang
ist der Prozessor 3 mit einer Sitzmatte 13, die
sich im Fahrzeugsitz 14 befindet, verbunden. Über einen
dritten Datenein-/ausgang ist der Prozessor 3 mit einem
CO2-Sensor 6 verbunden, der in
der Rücklehne 15 des
Fahrzeugsitzes 14 vorhanden ist. Dieser Sensor 6 ist
für die
Person gedacht, die sich auf dem Rücksitz befindet. Die übrigen Verbindungen sind
hier der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Sensoren 12 und 6 sind
dabei so angeordnet, daß eine
Person, die ein- und ausatmet, die Atemluft auf diese Sensoren abgeben
wird. Damit sind die lokalen Zeitsignale, die diese Personen durch
die Veränderung
des CO2-Gehalts verursachen, leicht erfaßbar. Die
Datenein-/-ausgänge dienen
einerseits zur Übertragung
der Sensorwerte und andererseits zur Abfrage der Sensoren.