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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung und ein
Detektionsverfahren zur Detektion von Fahrzeuginsassen in einem
Kraftfahrzeug.
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Zum
Schutz von Fahrzeuginsassen im Falle von Unfällen oder Kollisionen sind
aktive Schutzsysteme, wie z.B. Airbags und Gurtstraffer, weit verbreitet.
Insbesondere beim Einsatz von Airbags sind bestimmte Auslösebedingungen
zu beachten, um sicherzustellen, dass einerseits der Airbag im Bedarfsfall
sicher auslöst
und andererseits das Verletzungsrisiko beim Auslösen des Airbags minimiert wird
und kein unnützes
Auslösen
des Airbags erfolgt.
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So
soll beispielsweise der Beifahrerairbag nicht auslösen, wenn
auf dem Beifahrersitz ein kleines Kind sitzt, da in diesem Falle
das Auslösen
des Airbags für
das Kind ein größeres Verletzungsrisiko birgt
als ein Nicht-Auslösen
des Airbags. Ferner ist ein Auslösen
des Airbags auch zu unterbinden in einer Situation in der ein erwachsener
Beifahrer seinen Kopf in eine Schlafposition auf das Armaturenbrett gelegt
hat, da auch in diesem Falle die Wucht des Airbags ein größeres Verletzungsrisiko
mit sich bringt. Ferner ist es wünschenswert,
dass der Beifahrerairbag nicht auslöst, wenn der Beifahrersitz
unbesetzt ist, da dies mit unnötigen
Kosten zum werkstattseitigen erneuten Einrichten des Airbags verbunden
ist.
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Herkömmlicherweise
kommen eine Reihe von Verfahren zur Anwendung, um Personen z.B.
auf dem Beifahrersitz des Fahrzeugs zu erkennen. So ist es beispielsweise
bekannt, den Fahrzeugsitz mit einem Gewichtssensor auszustatten,
der eine Belegung des Sitzes erkennt. Hierbei ist jedoch nachteilig, dass
der Gewichtssensor keine Unterscheidung zwischen Personen und Gegenständen vornehmen kann
und ferner auch keine Informationen über die Position bzw. Körperstellung
des Fahrzeuginsassen liefern kann.
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Ferner
ist eine Erkennung mittels Kamera-Systemen (z.B. einer 3D-Kamera)
vorgeschlagen worden. Nachteilig ist hierbei jedoch der große Aufwand
bei relativ großer
Ungenauigkeit der Messergebnisse sowie deren Abhängigkeit von Umweltbedingungen,
wie z.B. den Lichtverhältnissen.
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Die
US 2003/0047983 A schlägt vor,
jeweils eine Elektrode im Bereich der Sitzmatte und des Rücksitzes
eines Fahrzeugsitzes vorzusehen (siehe
2 der
US 2003/0047983 A ).
Die beiden Elektroden wirken zusammen als Plattenkondensator mit
einer Streukapazität
Ce. Falls sich nun auf dem Sitz eine Person befindet, dann ändert sich
die Streukapazität
Ce zwischen den beiden Elektroden. Durch eine Messung der Streukapazität Ce mittels
einer geeigneten Messschaltung kann somit festgestellt werden, ob
der Sitz belegt ist oder nicht.
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Bei
der
US 2003/0047983
A ist es jedoch nachteilig, dass die Elektroden als Plattenkondensator
zusammenwirken, was die räumliche
Auslegung der Elektroden einschränkt.
Ferner müssen
die Elektroden, wie in
4 der
US 2003/0047983 A dargestellt, über den
Oszillator und die Messwiderstände miteinander
verbunden werden, was einen höheren Verkablungsaufwand
erfordert und somit höhere Kosten
mit sich bringt. Weiterhin ist nachteilig, dass eine Feststellung
der Größe eines
Fahrzeuginsassen (also eine Unterscheidung zwischen Kind und Erwachsenen)
nur mit einem zusätzlichen
Gewichtssensor erfolgen kann. Schließlich ist es auch nicht möglich, den
Abstand eines Fahrzeuginsassen zu den Elektroden zu bestimmen.
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Es
ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detektionsvorrichtung
zur Detektion von Fahrzeuginsassen in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen,
mit dem eine genaue Erfassung von Fahrzeuginsassen insbesondere
mit geringerem Verkablungsaufwand möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene Detektionsvorrichtung bzw.
das in Anspruch 8 angegebene Detektionsverfahren gelöst.
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Dementsprechend
ist eine Detektionsvorrichtung zur Detektion von Fahrzeuginsassen
in einem Kraftfahrzeug, vorgesehen,
- – mit mindestens
einer Sendeeinrichtung, welche ein Sendesignal erzeugt, das der
Sendeeinrichtung eindeutig zugeordnete Identifikationsinformationen
aufweist, und dieses Sendesignal in einen sich innerhalb eines Detektionsbereichs
im Kraftfahrzeug befindlichen Körper,
insbesondere eines Fahrzeuginsassen, einkoppelt;
- – mit
mindestens einer Empfangseinrichtung, welche ein Empfangssignal
erfasst, das im Falle einer Präsenz
des Körpers
in dem Detektionsbereich von dem Sendesignal abgeleitet ist; und
- – einer
Auswerteeinrichtung, welche das Empfangssignal auswertet und auf
Basis der Identifikationsinformationen ein Zuordnungssignal erzeugt,
das eine Information über
eine Zuordnung zwischen der mindestens einen Sendeeinrichtung und
der mindestens einen Empfangseinrichtung enthält.
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Unter
Detektionsbereich wird hierbei ein Bereich verstanden, der die die
Nahbereiche der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung umfasst, also
die Bereiche, in welche die Sendeeinrichtung ein Signal in einen
Körper
einkoppeln kann und die Empfangseinrichtung das Signal aus dem Körper auskoppeln
kann. Die Einkopplung des Signals kann insbesondere eine durch eine
Influenzierung von Ladungen realisiert werden.
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Ein
entsprechendes Detektionsverfahren zur Detektion von Fahrzeuginsassen
in einem Kraftfahrzeug, enthält
die folgenden Schritte:
- (a) Erzeugen eines
Sendesignals, das einer Sendeeinrichtung eindeutig zugeordnete Identifikationsinformationen
aufweist;
- (b) Einkoppeln, mittels der Sendeeinrichtung, des Sendesignals
in einen sich innerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Körper;
- (c) Erfassen, mittels einer Empfangseinrichtung, eines Empfangssignals,
das im Falle einer Präsenz
des Körpers
in dem Detektionsbereich von dem Sendesignal abgeleitet ist; und
- (d) Auswerten des Empfangssignals und Erzeugen, auf Basis der
Identifikationsinformationen, eines Zuordnungssignals, das eine
Information über
eine Zuordnung zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung
enthält.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee ist es, über eine
im Fahrzeugsitz vorgesehene Sendeeinrichtung (bzw. Sendeelektrode)
ein Sendesignal in den Körper
einer auf dem Sitz sitzenden Person einzuspeisen, wobei ein Senderidentifikationssignal
auf das Sendesignal aufmoduliert ist. Das gesendete Signal wird,
im Falle einer entsprechenden Sitzbelegung, von einer Empfangseinrichtung
(bzw. Empfangselektrode) erfasst und mittels einer Auswerteeinrichtung
wird das Senderidentifikationssignal rekonstruiert, so dass die
Auswerteeinrichtung erkennen kann, ob zwischen der Sendeelektrode
und der Empfangselektrode ein leitender Körper vorhanden ist.
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Ein
wesentlicher Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
ergibt, besteht darin, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung
voneinander entkoppelt sein können,
so dass keine Verkablung zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung
vorgesehen werden muss.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass über das Zuordnungssignal eine
eindeutige Zuordnung zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung
möglich
ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft wenn mehrere Sendeeinrichtungen
und Empfangseinrichtungen vorgesehen sind.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der
Erfindung.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sendeeinrichtung eine
in einem Fahrzeugsitz vorgesehene Sendeelektrode auf, über die
das Sendesignal kapazitiv in den Körper eingekoppelt wird. Ferner ist
vorteilhaft, dass die Empfangseinrichtung eine Empfangselektrode
aufweist, in die das über
den Körper
geleitete Sendesignal kapazitiv eingekoppelt wird. Dadurch, dass
die Sendeelektrode im Sitz und die Empfangselektrode an geeigneten
Empfangspositionen, wie z.B. Sitz, Sitzlehne oder dergleichen, integriert
ist, ist die Detektionsvorrichtung kostengünstig realisierbar. Insbesondere
besteht keine Gefahr der Abnutzung und damit verbundenen Ausfällen, wie
im Falle von elektromechanischen Systemen (wie z.B. Druck- oder
Gewichtssensoren).
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Die
Sendeelektrode kann beispielsweise in der Mitte eines Sitzflächenbereichs
eines Fahrzeugsitzes im Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Es besteht jedoch
keine Beschränkung
darauf; wichtig ist lediglich, dass eine gute Einspeisung des Sendesignals möglich ist.
So ist es beispielsweise auch möglich, die
Sendeelektrode im Fußraum,
in der Beifahrertür oder
dergleichen vorzusehen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Sendeeinrichtung eine
Modulationsvorrichtung auf, welche die der Sendeeinrichtung zugeordneten
Identifikationsinformationen zur Erzeugung des Sendesignals auf
ein Trägersignal
aufmoduliert. Dabei wird für
das Trägersignal
eine Frequenz gewählt,
in der menschliche Haut eine niedrige Impedanz aufweist, so dass
sich das Sendesignal gut über
die Haut des Fahrzeuginsassen ausbreitet. Die Sendeleistung kann
dabei so niedrig gewählt
werden, dass der Einfluss der Störstrahlung
auf den Menschen vernachlässigbar
gering ist, z.B. geringer als der einer Quarzuhr.
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Die
Detektionsvorrichtung kann ferner senderseitig eine Codiereinrichtung
umfassen, welche die Identifikationsinformationen aus einem Speicher bereitstellt.
Somit kann eine eindeutige Zuordnung des Senderidentifikationssignals
zur Sendeeinrichtung realisiert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sendeeinrichtung und
die Empfangseinrichtung senderseitig und empfangsseitig voneinander
entkoppelt. Somit braucht kein Verbindungskabel zwischen der Sendeeinrichtung
und der Empfangseinrichtung vorgesehen zu werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Codiereinrichtung
und die Auswerteeinrichtung eine gemeinsame Steuereinrichtung auf. Somit
braucht für
die gesamte Detektionsvorrichtung lediglich eine Steuereinrichtung
vorgesehen zu werden.
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Ferner
kann empfängerseitig
eine Messeinrichtung vorgesehen sein, die eine Signallaufzeit des Sendesignals
von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung erfasst. Dabei
ist es vorteilhaft wenn die Messeinrichtung Auswertemittel enthält, die auf
Basis der gemessenen Signallaufzeit ein Abstandssignal erzeugen,
welches eine Information über
den Abstand des Körpers
zur Empfangseinrichtung enthält.
Insbesondere bei Vorsehen von mehreren Empfangseinrichtungen bzw.
Empfangselektroden ist es somit möglich, ein genaueres dreidimensionales
Modell des Fahrzeuginsassen im Fahrzeug zu generieren, und somit
ein der Sitzposition oder Körperhaltung
des Fahrzeuginsassen angemessenes Auslösen von Schutzmitteln zu bewirken.
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Die
Auswertemittel können
beispielsweise einen Zähler
aufweisen, und es können
empfängerseitig
ferner Mittel zur Erzeugung eines Resetsignals vorgesehen sind,
die periodisch zu vorbestimmten Zeitpunkten ein Resetsignal erzeugen,
welches den Zähler
initialisiert. Dabei können
die Zeitpunkte anhand einer Referenzsignallaufzeit bestimmt werden, die
einer mini malen Signallaufzeit entspricht. Somit kann in einfacher
Weise eine Information über
den Abstand des Körpers
des Fahrzeuginsassen zur Empfangseinrichtung oder Empfangselektrode
gewonnen werden.
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Es
ist vorteilhaft, im erfindungsgemäßen Detektionsverfahren die
folgenden weiteren Schritte vorzusehen:
- (e)
Auslesen der Identifikationsinformationen aus einem Speicher, und
- (f) Aufmodulieren der Identifikationsinformationen auf eine
Trägersignal
zur Erzeugung des Sendesignals.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist weiterhin der folgende weitere
Schritt vorgesehen:
- (g) Erfassen einer Signallaufzeit
des Sendesignals von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung.
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Dabei
kann der folgende weitere Schritt vorgesehen sein:
- (h) Erzeugen eines Abstandssignals, welches eine Information über den
Abstand des Körpers zur
Empfangseinrichtung enthält,
auf Basis der gemessenen Signallaufzeit.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den schematischen Figuren der Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen hier:
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1 eine
schematische Darstellung einer Detektionsvorrichtung zur Detektion
von Fahrzeuginsassen in einem Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Anordnung von Empfangselektroden in einem Fahrzeugsitz gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung einer Auswerteeinrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung einer Detektionsvorrichtung zur Detektion
von Fahrzeuginsassen in einem Kraftfahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente, Merkmale und Signale.
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1 zeigt
eine beispielhafte erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 1 dargestellte
Detektionsvorrichtung weist eine Sendeeinrichtung 100,
eine die Sendeeinrichtung steuernde Codiereinrichtung 400,
eine Empfangseinrichtung 200, sowie eine mit der Empfangseinrichtung 200 verbundene
Auswerteeinrichtung 300 auf.
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Die
Codiereinrichtung 400 umfasst einen Festwertspeicher 10,
eine programmgesteuerte Einrichtung 11, einen Arbeitsspeicher 12,
ein Schieberegister 13 und einen Digital/Analog-Wandler 14.
Die programmgesteuerte Einrichtung 11 ist operativ mit einem
dem Festwertspeicher 10 und dem Arbeitsspeicher 12 verbunden,
so dass sie Daten aus dem Festwertspeicher 10 in den RAM-Speicher 12 laden kann.
Im vorliegenden Beispiel ist die programmgesteuerte Einrichtung 11 als
Mikrokontroller ausgebildet und der Festwertspeicher 10 ist
als Flash-Speicher ausgebildet. Der RAM-Speicher 12 kann
auch als Speicherbereich eines größeren RAM-Speichers ausgebildet
sein.
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Die
in den RAM-Speicher 12 geladenen digitalen Daten können in
ein Schieberegister 13 kopiert werden, dessen Arbeitstakt
von dem Mikrokontroller 12 gesteuert wird. Bei jedem Arbeitstakt
wird der Speicherinhalt des Schieberegisters 13 um ein
Bit in Richtung seines Ausgangs verschoben und das dem Ausgang nächstliegende
Bit aus dem Schieberegister 13 "herausgeschoben" und in einen mit dem Schieberegister 13 verbundenen
Digital/Analog-Wandler 14 gegeben. Das Schieberegister 13 hat vorzugsweise
eine Kapazität
von 16 Bit; es kann jedoch auch als 8-Bit-Schieberegister oder 32-Bit-Schieberegister
ausgebildet sein.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann das Schieberegister 13 als
Rund-Schieberegister ausgebildet sein, so dass die aus dem Schieberegister 13 ausgegebenen
Bits wiederum dem Eingang des Schieberegisters 13 hinzugeführt werden.
Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Schieberegister 13 eine
einmal eingelesene Bitfolge zyklisch ausgeben kann, ohne dass ein
erneuter Einlesevorgang erforderlich ist.
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Das
Schieberegister 13 erzeugt somit eine Bitfolge, die den
digitalen Daten im RAM-Speicher 12 entspricht. Diese Bitfolge
wird im Folgenden auch als Senderidentifikationssignal Xid bezeichnet.
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Der
Digital/Analog-Wandler 14 wandelt das ihm von dem Schieberegister 13 zugeführte Senderidentifikationssignal
Xid in ein analoges Steuersignal Xc um, welches der Sendeeinrichtung 100 zugeführt wird.
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Die
Sendeeinrichtung 100 umfasst einen spannungsgesteuerten
Oszillator (Modulationsvorrichtung) 15 und eine Sendeelektrode 16.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 14 ist auf der einen
Seite mit der Sendeelektrode 16 verbunden und auf der anderen
Seite mit Masse (bzw. der Fahrzeugkarosserie) verbunden. Ein Steueranschluss
des spannungsgesteuerten Oszillator 15 wird mit dem Steuersignal Xc
beaufschlagt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 15 speist
ein hochfrequentes Sendesignal Xs in die Sendeelektrode 16 ein.
Das Sendesignal wird dabei im vorliegenden Beispiel durch das Steuersignal Xc
amplitudenmoduliert.
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Die
Sendeelektrode 16 ist, ebenso wie die weiter unten beschriebene
Empfangselektrode 18, in einem Fahrzeugsitz 17 in
einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Sendeelektrode 16 und
die Empfangselektrode 18 sind als flächige, leitfähige (insbesondere metallische)
Elemente ausgebildet, die dicht unter der Sitzoberfläche, beispielsweise
direkt unter einem Spannbezug des Fahrzeugsitzes 17 angeordnet sind.
Die Sendeelektrode speist das Sendesignal durch den Sitz (oder genauer
gesagt durch alle zwischen der Sendeelektrode und der Sitzoberfläche befindlichen
Komponenten, wie z.B. dem Spannbezug) und die Kleidung des Fahrzeuginsassen
in den Körper
derselben ein. Dieses Signal wird über die Haut transportiert
und kann an allen Stellen des Körpers
detektiert werden. Die Sendeelektrode 16 und die Empfangselektrode 18 haben
eine ausreichende Größe, um hochfrequente
Signale in einen sich auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Körper ein-
bzw. auszukoppeln, und weisen eine Ausdehnung von beispielsweise
ca. 10 × 20
cm auf.
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Die
Empfangseinrichtung 200 umfasst die Empfangselektrode 18,
einen Verstärker 19,
einen Bandpass 20, einen Gleichrichter 21, einen
Tiefpass 22 und einen Analog/Digital-Wandler 23.
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Die
Empfangselektrode 18 dient zur Aufnahme eines Empfangssignals
Xe. Das Empfangssignal Xe wird dem im vorliegenden Beispiel als
Operationsverstärker
ausgelegten Verstärker 19 zugeführt, der das
Empfangssignal Xe verstärkt.
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Das
vom Operationsverstärker 19 verstärkte Empfangssignal
wird nacheinander von einem Bandpass 20, einem Gleichrichter 21 und
einem Tiefpass 22, welche entsprechend geschaltet sind,
aufbereitet, bevor es einem Analog/Digital-Wandler 23 zugeführt wird.
Der Bandpass 20 dient zur Reduzierung des Empfangssignals
auf den relevanten (Träger-)Frequenzbereich.
Der Gleichrichter 21, welcher beispielsweise aus einer
Diodenschaltung besteht, richtet das in ihn eingegeben Signal gleich
und der nachfolgende Tiefpass 22 entfernt das hochfrequente
Trägersignal.
Der Gleichrichter 21 und der Tiefpass 22 wirken
somit zusammen als Hüllkurvendetektor
zur Demodulation des amplitudenmodulierten Empfangssignals Xe.
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Der
Ausgang des Tiefpasses 22 ist mit dem Eingang des Analog/Digital-Wandler 23 verbunden, der
das demodulierte Emp fangssignal in digitales Signal umwandelt, welches
der Auswerteeinrichtung 300 zugeführt wird.
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Die
Auswerteeinrichtung 300 umfasst ein zweites Schieberegister 24,
einen zweiten RAM-Speicher 25, einen Vergleicher 26 eine
zweite programmgesteuerten Einrichtung, die als Mikrokontroller 27 ausgebildet
sein kann, sowie einen Festwertspeicher, welcher insbesondere als
Flash-Speicher 28 ausgebildet sein kann.
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Das
vom Analog/Digital-Wandler 23 ausgegebene Signal wird dem
Schieberegister 24 zugeführt, dessen Arbeitstakt von
dem Mikrokontroller 27 gesteuert wird. Das Schieberegister 24 hat
dieselbe Länge
wie das Schieberegister 13.
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Der
Mikrokontroller 27 kann digitale Daten von dem operativ
mit ihm verbundenen Flash-Speicher 28 in den RAM-Speicher 25 laden,
welcher dieselbe Kapazität
wie die Schieberegister 13 bzw. 24 aufweist.
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Ein
Vergleicher 26 vergleicht den Inhalt des Schieberegisters 24 bitweise
mit dem Inhalt des RAM-Speichers 25, und gibt das Ergebnis
dieses Vergleiches an den Mikrokontroller 27 aus.
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Es
sollte beachtet werden, dass im vorliegenden Beispiel die Sende-
und die Empfangseinrichtung separat ausgelegt sind, also insbesondere separate
Mikrokontroller 11 und 27 und Festwertspeicher 10 und 28 vorgesehen
sind. Dies hat den Vorteil, dass Sende- und Empfangseinrichtung
voneinander galvanisch entkoppelt sind, so dass insbesondere keine
Verbindungskabel zwischen der Sende- und der Empfangseinrichtung
vorgesehen sein müssen. Es
ist jedoch ebenfalls möglich,
dass die Mikrokontroller 11 und Mikrokontroller 27 zusammengefasst werden,
oder mit anderen Worten lediglich ein Mikrokontroller vorgesehen
wird, welcher die Funktionen der beiden Mikrokontroller 11 und
Mikrokontroller 27 übernimmt.
In diesem Falle braucht auch lediglich ein Festwertspeicher bzw.
Flash-Speicher vorgesehen zu
werden.
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Im
Folgenden wird die Operationsweise der oben beschriebenen Anordnung
beschrieben.
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Beim
Einschalten der Fahrzeugelektronik lädt der Mikrokontroller 11 einen
beispielsweise 16 Bit langen Identifikationscode (im folgenden auch "Identifikationsinformationen" oder "Code" genannt) aus dem
Flash-Speicher 10 in den RAM-Speicher 12. Dieser Code ist
fest und eindeutig der Sendeelektrode 16 zugeordnet und
wird werksseitig in den Flash-Speicher 10 geschrieben.
Ferner lädt
der Mikrokontroller 27 ebenfalls den Identifikationscode
aus dem Flash-Speicher 28 in den RAM-Speicher 25.
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Dieser
Code wird periodisch (z.B. alle 10 ms) in das Schieberegister 13 kopiert.
Der Speicherinhalt des Schieberegisters 13 wird dem Digital/Analog-Wandler 14 bitweise
als Senderidentifikationssignal Xid hinzugeführt, und der Digital/Analog-Wandler 14 wandelt
das Senderidentifikationssignal Xid in ein analoges Steuersignal
Xc zur Modulation des hochfrequenten Sendesignals Xs um. Das Sendesignal Xs
besteht also aus einem hochfrequenten Trägersignal, auf welches ein
der Sendeeinrichtung zugeordnetes Identifikationssignal Xid aufgeprägt bzw.
aufmoduliert ist.
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Falls
sich auf dem Fahrzeugsitz 17 eine Person befindet, dann
wird das Sendesignal Xs auf den Körper dieser Person influenziert
und breitet sich auf ihrer Haut aus. Dieses Hautsignal wird wiederum
von der Empfangselektrode 18 als Empfangssignal Xe aufgenommen,
von dem Operationsverstärker 19 verstärkt, und
von dem Bandpass 20, dem Gleichrichter 21 und
dem Tiefpass 22 aufbereitet bzw. demoduliert. Das demodulierte
Signal wird von dem Analog/Digital-Wandler 23 in ein digitales
Signal umgewandelt und in das Schieberegister 24 geschrieben.
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Der
Vergleicher 26 vergleicht den Inhalt des Schieberegisters 24 bitweise
mit dem Inhalt des RAM-Speichers 25, in welchem derselbe
Code-geladen ist wie in den RAM-Speicher 12. Ist der Inhalt
des Schieberegisters 24 identisch mit dem Inhalt des RAM-Speichers 25,
dann gibt der Vergleicher 26 als Ausgabesignal beispielsweise
ein Signal mit hohem Signalpegel an den Mikrocontroller 27 und
anderenfalls ein Signal mit niedrigem Signalpegel an den Mikrocontroller 27 aus.
Im Falle eines vom Vergleicher 26 ausgegebenen Signal mit
hohem Signalpegel, welches also Übereinstimmung
anzeigt aber lediglich für
die Dauer eines Bits anliegt, hält
der Mikrokontroller dieses Signal in einer geeigneten (nicht näher dargestellten)
Haltevorrichtung für
eine bestimmte Zeit (von z.B. 10 ms). Dieses von der Haltevorrichtung
erzeugte gehaltene Signal ist also ein Zuordnungssignal, welches
eine Information über
eine Zuordnung zwischen der Sendeelektrode 16 (oder der
Sendeeinrichtung) und der Empfangselektrode 18 (oder Empfangseinrichtung)
enthält.
Wenn sich ein Körper im
Detektionsbereich zwischen den Elektroden 16 und 18 befindet,
dann weist dieses Zuordnungssignal einen hohen Pegel auf, und ansonsten
einen niedrigen Pegel.
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Dieses
Zuordnungssignal kann beispielsweise einer Steuereinrichtung zur
Steuerung von Schutzsystemen zugeführt werden, um ein adäquates Auslösen bzw.
Nichtauslösen
von Schutzsystemen, wie z.B. Airbags oder Gurtstraffern, sicherzustellen.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn im Fahrzeugsitz oder im Innenraum
des Fahrzeugs mehrere Empfangselektroden vorgesehen sind, welche
zur Verstärkung,
Demodulation, Digitalisierung und Vergleich des Empfangssignals
jeweils mit einer Empfangs- und Auswerteeinrichtung 200, 300 wie der
in 1 dargestellten versehen sind, wobei der jeweilige
Vergleicher das Ergebnis des Vergleichs an den Mikrokontroller 27 gibt.
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In
der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform sind beispielsweise
in Hüft-
und Brusthöhe des
Fahrzeugsitzes jeweils Empfangselektroden 18-1 und 18-2 vorgesehen,
neben der im Sitzflächenbereich
des Sitzes 17 vorgesehenen Sendeelektrode 16.
In einer Kopfstütze 30 des
Sitzes ist eine Empfangselektrode 18-3 vorgesehen. Ferner
ist im Fußraum
unterhalb der Fußmatte
eine weitere Empfangselektrode 18-4 vorgesehen. Mit dieser
Anordnung ist es zum Beispiel möglich
zu erkennen, ob auf dem Sitz 17 ein Erwachsener oder ein
Kind sitzt. Falls alle Sendeelektroden 18-1 bis 18-4 ansprechen,
so kann darauf geschlossen werden, dass ein Erwachsener auf dem
Sitz 17 sitzt, und falls lediglich die Sendeelektroden 18-1 und 18-2 ansprechen,
so ist dies ein Hinweis darauf, dass ein Kind auf dem Sitz 17 sitzt. Bei
der Auswertung der Zuordnungssignale können ferner die Ausgabesignale
von weiteren Sensoren, wie z.B. Drucksensoren in den Sitzen oder
Kameras, herangezogen werden.
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Darüber hinaus
können
weitere Empfangselektroden im Innenraum des Fahrzeugs vorgesehen werden,
so z.B. im Deckenbereich, im Bereich des Frontairbags im Armaturenbrett,
in den Sitzlehnen oder im Türbereich.
Durch die Auswertung der Empfangssignale dieser Empfangselektroden
ist es möglich
(evtl. in Kombination mit weiteren Sensoren, wie z.B. Kameras) ein
dreidimensionales Bild oder Modell der Fahrzeuginsassen zu erstellen
und dieses zur Entscheidung ob und welche Schutzsysteme ausgelöst werden
sollen heranzuziehen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in
jedem Sitz des Fahrzeugs (z.B. Fahrer- und Beifahrersitz sowie drei
Rücksitze) eine
wie oben beschrieben ausgestaltete Sendeeinrichtung vorgesehen,
wobei in jede Sendeelektrode ein Sendesignal eingekoppelt bzw. eingespeist
wird, welches ein der Sendeeinrichtung eindeutig zugeordnetes Senderidentifikationssignal
enthält.
Mit anderen Worten ist jeder der Sendeelektroden ein eigener Identifikationscode
zugeordnet. Empfängerseitig
sind dabei für
jede Sendeelektrode jeweils ein RAM-Speicher 25-1, 25-2 und
ein Vergleicher 26-1, 26-2 vorgesehen. In 3 ist
dies für
zwei Sendeelektroden dargestellt. Somit kann eine ansprechende Empfangselektrode
eindeutig der sendenden Sendeelektrode zugeordnet werden.
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Falls
beispielsweise auf dem Beifahrersitz ein Kind sitzt, welches lediglich
die Empfangselektroden 18-1 und 18-2 an sprechen
lässt und
der auf dem Fahrersitz sitzende erwachsene Fahrer des Fahrzeugs
seinen rechten Arm in den Empfangsbereich der Empfangselektrode 18-3 in
der Kopfstütze
des Beifahrersitzes ausgestreckt hat, dann sprechen alle Empfangselektroden 18-1 bis 18-3 an,
so dass ein herkömmliches
System fälschlicherweise
auf einen erwachsenen Beifahrer schließen und möglicherweise den Beifahrerairbag
auslösen
würde,
obwohl dies im Falle eines Kindes unerwünscht wäre.
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Das
Schutzsystem der vorliegenden Ausführung stellt dagegen eine Übereinstimmung
des im Empfangssignal der Empfangselektrode 18-3 enthaltenen
Identifikationscodes mit dem zum Fahrersitz gehörigen Identifikationscode fest.
Somit erkennt das System, dass das Ansprechen der Empfangselektrode 18-3 von
einem Körperteil
der auf dem Fahrersitz sitzenden Person ausgelöst wurde. Diese Information
kann zur Entscheidung über
das Auslösen
bzw. Nicht-Auslösen
von Personenschutzmitteln (insbesondere der Airbags) oder zur Modellierung
eines 3-dimensionalen
Abbildes der im Fahrzeuginnenraum befindlichen Personen herangezogen
werden.
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Eine
dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung
ist in 4 dargestellt. Elemente in 4, die funktionsgleich bzw.
baugleich zu den in 1 dargestellten sind, sind mit
den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und werden im Folgenden
nicht näher
erläutert.
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Die
in 4 dargestellte Detektionsvorrichtung enthält lediglich
einen Mikrokontroller 40, der operativ mit den Schieberegistern 13 und 24 sowie den
RAM-Speichern 12 und 25 verbunden ist und bei Einschalten
der Fahrzeugelektronik den der Sendeelektrode 16 zugeordneten
Identifikationscode in die RAM-Speicher 12 und 25 lädt. Der
Mikrokontroller 42 und der Festwertspeicher 42 (welcher
den Festwertspeichern 10 und 28 in 1 entspricht)
sind beide sowohl der Sendeeinrichtung 400' als auch der Auswerteeinrichtung 300' zugehörig.
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Der
Mikrokontroller 40 enthält
einen Zähler 41,
der von einem Resetsignal Xrs auf Null zurückgesetzt wird und danach sukzessive
bei jedem Taktsignal um 1 inkrementiert wird. Das Resetsignal Xrs
wird dem Zähler 42 periodisch
zu vorbestimmten Zeitpunkten Tt zugeführt. Diese Zeitpunkte Tt werden
unter Berücksichtigung
der minimalen Signallaufzeit (Referenzsignallaufzeit) eines in eine
auf dem Sitz 17 sitzende Person eingekoppelten Sendesignals
Xs bestimmt, und zwar so, dass wenn die Person mit ihrem Rücken direkt
an der Sitzfläche
an der Empfangselektrode 18 anliegt, die Zeitpunkte Tt
Zeitpunkten entsprechen, zu denen das demodulierte und digitalisierte
Empfangssignal komplett in das Schieberegister 24 eingelesen
worden ist. Die Zeitpunkte Tt können
beispielsweise in einem werksseitigen Teach-in-Prozess heuristisch
ermittelt und im Flash-Speicher 43 abgespeichert werden.
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Wenn
im Betrieb der Vergleicher 26 eine Übereinstimmung des Identifikationscodes
im RAM-Speicher 41 mit den Daten im Schieberegister 24 feststellt,
dann gibt er ein Vergleichersignal Xv mit hohem Signalpegel an den
Mikrokontroller 40 aus, was den Mikrokontroller 40 veranlasst,
den aktuellen Zählwert
aus dem Zähler 42 als
Abstandssignal Xa auszulesen. Falls nun die auf dem Sitz 17 sitzende Person
mit ihrem Rücken
an der Rückenlehne
anlehnt (also der Abstand des Körpers
der Person zur Empfangselektrode 18 minimal ist), dann
liest der Mikrokontroller 40 als Abstandssignal Xa den
Wert "0x0000" aus dem Zähler 42 aus.
Falls dagegen die auf dem Sitz 17 sitzende Person nach
vorne gebeugt ist, entsteht ein Laufzeitunterschied des in sie eingekoppelten
Signals, der proportional zu ihrem mittleren Abstand A zur Empfangselektrode 18 ist.
In diesem Falle zählt
der Zähler 42 bis
zu einem bestimmten, zu diesem Abstand A proportionalen Zählwert hoch,
bevor das Vergleichssignal Xv hochpeglig wird.
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Somit
erzeugt der Zähler 42 auf
Basis der Signallaufzeit des Sendesignals von der Sendeelektrode 16 über den
Körper
der Person zur Empfangselektrode 18 ein Abstandssignal
Xa, welches eine Information über
den Abstand A des Körpers
zur Emp fangselektrode 18 enthält. Dieses Abstandssignal Xa kann
wiederum einer Steuereinrichtung zur Steuerung von Schutzsystemen
zugeführt
werden, um ein adäquates
Auslösen
bzw. Nichtauslösen
von Schutzsystemen, wie z.B. Airbags oder Gurtstraffern, sicherzustellen.
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Obwohl
die obigen Ausführungsformen
vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben
wurde, sind sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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So
ist es in der in 1 gezeigten Ausführungsform
auch möglich
statt einer Amplitudenmodulation eine Frequenzmodulation durchzuführen.
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Ferner
sind in der in 4 gezeigten Ausführungsform
zwei RAM-Speicher 12 und 25 vorgesehen, es ist
jedoch auch möglich,
lediglich einen RAM-Speicher vorzusehen, welcher die Funktionalität der beiden
RAM-Speicher 12 und 25 übernimmt.
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Ferner
ist es auch möglich,
Mittel bereitzustellen, die aus dem demodulierten Empfangssignal ein
Taktsignal ermitteln, welches zur Synchronisation der Auswerteeinrichtung 300 herangezogen
wird.