DE102007011277B4

DE102007011277B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Sitzüberwachung

Info

Publication number: DE102007011277B4
Application number: DE102007011277.9A
Authority: DE
Inventors: Gerd Hoppe; Werner Menzel; Dr. Fricke Michael
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: DE102007011277A1

Abstract

Verfahren zur Sitzüberwachung, umfassend:Bereitstellen mehrerer Sensorelemente (12a, 12b, 12c) undKopplung der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) jeweils mit einem entsprechenden Signalanschluss einer Auswerteeinheit (14; 14'),dadurch gekennzeichnet,dass in der Auswerteeinheit (14; 14') jedem der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) eine vorbestimmte elektrische Kenngröße zugeordnet wird,wobei in der Auswerteeinheit (14; 14') eine aus den elektrischen Kenngrößen der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) zusammengesetzte Gesamtkenngröße erfasst wird,wobei die vorbestimmten elektrischen Kenngrößen derart gewählt sind, dass über die zusammengesetzte Gesamtkenngröße der individuelle Zustand der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) erfassbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sitzüberwachung, insbesondere mittels einer Vielzahl von Sensorelementen, um zu erkennen, ob Sicherheitsgurte angelegt sind bzw. ob sich ein Insasse auf einem Fahrzeugsitz befindet.
Zur Erkennung, ob Sicherheitsgurte angelegt sind oder ob sich ein Insasse auf einem Fahrzeugsitz befindet, ist es bekannt, Fahrzeugsitze eines Fahrzeugs mit Sitz- oder Gurtsensoren auszustatten. Diese können beispielsweise in einem Gurtschloss, in einer Gurtaufrollvorrichtung oder an einer anderen geeigneten Stelle positioniert sein. Der Zustand der Sitz- oder Gurtsensoren wird ausgewertet, und abhängig von der Auswertung kann beispielsweise eine Gurtanschnallwarnung erfolgen oder der Auslösevorgang einer Airbagvorrichtung kann abhängig von der Auswertung gesteuert werden.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2004 005 298 A1 eine Vorrichtung zur Gurtanschnallwarnung bekannt, bei welcher die Stellung eines Gurtschlossschalters über ein Steuergerät erfasst wird. Insbesondere wird vorgeschlagen, sowohl einen Fahrersitz als auch einen Beifahrersitz eines Fahrzeugs zu überwachen. Im Falle des Beifahrersitzes ist es zusätzlich vorgesehen, zu erfassen, ob der Beifahrersitz tatsächlich belegt ist. Ein erster Gurtschlossschalter ist dem Fahrersitz zugeordnet, während einer zweiter Gurtschlossschalter dem Beifahrersitz zugeordnet ist. Ein piezoresistives Element ist vorgesehen, um den Belegungszustand des Beifahrersitzes zu erfassen. Der erste Gurtschlossschalter, der zweite Gurtschlossschalter und das piezoresistive Element werden von einem Steuergerät ausgewertet, welches gegebenenfalls eine Gurtanschnallwarnung erzeugt.
Zur Verbindung der Gurtschlossschalter und des piezoresistiven Widerstands mit dem Steuergerät werden verschiedene Konfigurationen beschrieben. Bei einer bevorzugten Konfiguration erfolgt die Auswertung der Gurtschlossschalter und des piezoresistiven Widerstands über einen einzigen Signalanschluss des Steuergeräts. Zu diesem Zweck sind der erste Gurtschlossschalter und eine Reihenschaltung aus dem zweiten Gurtschlossschalter und dem piezoresistiven Element parallel mit einem einzigen Signaleingang des Steuergeräts verbunden. Um auch bei dieser Anordnung eine Unterscheidung zu ermöglichen, welcher der Gurtschlossschalter geschlossen ist, wird vorgeschlagen eine Widerstandskodierung zu verwenden. Andere Ausführungsformen der Vorrichtung sehen die Verwendung mehrerer Signaleingänge an dem Steuergerät vor.
Bei der Verwendung einer Widerstandskodierung im Zusammenhang mit einem einzigen Signaleingang des Steuergeräts besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass die Gurtschlossschalter bzw. deren Schaltkreise individuell abhängig von ihrer Einbauposition angepasst sein müssen. Dies erhöht die Anzahl von im Zusammenhang mit der Sitzüberwachung verwendeten Komponenten, was einen erhöhten Aufwand bei der Installation und bei der Bereitstellung der Komponenten bedeutet. Die Verwendung von separaten Signaleingängen für jeden der Gurtschlossschalter bzw. für das piezoresistive Element bedeutet hingegen, dass in dem Steuergerät eine Vielzahl von Schnittstellenbausteinen und Signalverarbeitungsbausteinen erforderlich ist, um die jeweiligen Signale zu erfassen.
Die DE 295 00 749 U1 beschreibt einen Sitzsensor und eine Auswerteeinheit, bei welcher in der Auswerteeinheit Ausgangssignale mehrerer Sitzsensoren nacheinander eingelesen und jeweils mit zugeordneten gespeicherten Referenzwerten verglichen werden.
Die DE 10 2004 057 600 A1 beschreibt einen Sitzbelegungssensor, bei welchem mehrere druckaktivierbare Schaltelemente vorgesehen sind, denen jeweils ein elektrisches Widerstandselement parallel geschaltet ist. Über Ausgangsleitungen des Sitzbelegungssensors kann ein Gesamtwiderstand erfasst werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Auswertung mehrerer Sitz- oder Gurtsensoren mit einheitlichen Sensorkomponenten und mit einem geringen Aufwand auf Seiten einer zentralen Auswerteeinheit ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7. Die abhängigen Patentansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Auswertung mehrerer Sensorelemente, z.B. Sitz- oder Gurtsensoren über eine zentrale Auswerteeinheit. Bei einem Sitz- oder Gurtsensor im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Sensorelement, über welches der Belegungszustand eines Fahrzeugsitzes bzw. der Anlegezustand eines Sicherheitsgurtes erfassbar ist. Speziell kann es sich den Sitz- oder Gurtsensoren um Schalter, Hall-Elemente oder piezoresistive Elemente handeln, welche an Positionen wie einem Gurtschloss, einer Aufrollvorrichtung für einen Sicherheitsgurt oder unter der Sitzfläche angeordnet sind.
Zur Kopplung mit den Sitz- oder Gurtsensoren umfasst eine Auswerteeinheit jeweils einen entsprechenden Signalanschluss. Innerhalb der Auswerteeinheit erfolgt eine Zuordnung von vorbestimmten elektrischen Kenngrößen zu jedem der Sitz- oder Gurtsensoren. Anschließend wird eine aus den elektrischen Kenngrößen der Sitz- oder Gurtsensoren zusammengesetzte Gesamtkenngröße gebildet, welche in der Auswerteeinheit erfasst wird. Der Zustand der einzelnen Sitz- oder Gurtsensoren kann in diesem Fall anhand der ihnen zugeordneten elektrischen Kenngröße aus der in der Auswerteeinheit erfassten Gesamtkenngröße abgeleitet werden. Die elektrische Kenngröße kann ein Widerstand, ein Strom oder eine Spannung sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Zuordnung der vorbestimmten elektrischen Kenngröße zu den Sitz- oder Gurtsensoren und deren Auswertung im Wesentlichen einer Widerstandskodierung. Diese erfolgt jedoch nicht in den jeweiligen Schaltkreisen der Sensorelemente, sondern innerhalb der Auswerteeinheit.
Der über die Sitz- oder Gurtsensoren erfasste Sitzzustand, d.h. der Belegungszustand des Sitzes bzw. der Anlegezustand der Sitzgurte, kann über akustische und/oder optische Signale angezeigt werden oder kann zur Steuerung des Auslösevorgangs einer Airbagvorrichtung herangezogen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Ansatz ist es ohne Schwierigkeiten möglich, eine Vielzahl von identisch ausgestalteten Sitz- oder Gurtsensoren individuell auszuwerten. Bei der Installation der Sitz- oder Gurtsensoren bzw. der damit versehenen Komponenten ist eine Unterscheidung hinsichtlich der Einbauposition nicht erforderlich. Gleichzeitig wird die Anzahl der in der zentralen Auswerteeinheit erforderlichen Schnittstellenbausteine und Signalverarbeitungsbausteine, z.B. Analog/Digital-Wandler, Komparatoren und dergleichen, gering gehalten. Insbesondere ist die Auswertung einer Vielzahl von identischen Sitz- oder Gurtsensoren über einen einzigen Schnittstellenbaustein bzw. Signalverarbeitungsbaustein möglich. Das erfindungsgemäße Konzept kann jedoch selbstverständlich auch mit mehreren Schnittstellenbausteinen und Signalverarbeitungsbausteinen vorteilhaft eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Sitzüberwachung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Sitzüberwachung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in 1 dargestellte Vorrichtung 10 zur Sitzüberwachung umfasst beispielhaft drei Sensorelemente 12a, 12b, 12c, die an unterschiedlichen Positionen installiert sind. Bei den Sensorelementen 12a, 12b, 12c handelt es sich allgemein um Sitz- oder Gurtsensoren. Beispielsweise kann das Sensorelement 12a in einem Gurtschloss des Fahrersitzes installiert sein, das Sensorelement 12b in einem Gurtschloss des Beifahrersitzes und das Sensorelement 12c unter der Sitzfläche des Beifahrersitzes. Somit ist über die Sensorelemente 12a, 12b, 12c einerseits der Gurtaniegezustand für den Fahrersitz und den Beifahrersitz erfassbar und andererseits der Belegungszustand des Beifahrersitzes erfassbar. Über diese Informationen ist eine zuverlässige und effiziente Gurtanschnallwarnung sowie eine bedarfsgerechte Steuerung des Auslesevorgangs einer Airbagvorrichtung möglich. So kann beispielsweise das Auslösen eines Beifahrerairbags unterbunden werden, wenn über das entsprechende Sensorelement erfasst wird, dass der Beifahrersitz nicht belegt ist. Alternativ könnten die Sensorelemente 12a, 12b, 12c in den Gurtschlössern von verschiedenen Fahrzeugsitzen angeordnet sein.
Die Sensorelemente 12a, 12b, 12c sind mit im Wesentlichen identischen Sensoren 13 ausgestattet. Die Sensoren 13 sind somit innerhalb der Vorrichtung zur Sitzüberwachung universell einsetzbar und nicht auf eine bestimmte Einbauposition beschränkt. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei den Sensoren 13 um Schalter.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine zentrale Auswerteeinheit 14, welche zur Kopplung mit den Sensorelementen 12a, 12b, 12c jeweils einen entsprechenden Signalanschluss aufweist. Zur Kopplung der Sensorelemente 12a, 12b, 12c mit der Auswerteeinheit 14 können beispielsweise geeignete elektrische Kabel sowie Steckverbinder zum Einsatz kommen.
Innerhalb der Auswerteeinheit 14 sind Kennzeichnungsmittel in Form eines Kodierungsblocks 15 vorgesehen. Innerhalb des Kodierungsblocks 15 werden die von den Sensorelementen 12a, 12b, 12c empfangenen elektrischen Signale über jeweils einen Widerstand R1, R2 bzw. R3 mit einer individuellen elektrischen Kenngröße kodiert und anschließend zu einem einzigen Auswertesignal zusammengeführt. Dieses Auswertesignal ist einem Signalauswertungsmittel in Form eines Signalverarbeitungsblocks 16 zugeführt. Der Signalverarbeitungsblock 16 kann zum Erfassen und zur weiteren Verarbeitung des Auswertesignals beispielsweise einen Analog/Digital-Wandler, einen Komparator, Quellen für einen Messstrom bzw. eine Messspannung, Logikbausteine oder dergleichen umfassen.
Der Signalverarbeitungsblock 16 erzeugt ein Ausgangssignal A, welches beispielsweise einer Anzeigeeinheit zugeführt sein kann, um auf akustische und/oder optische Weise den Gurtanlegezustand anzuzeigen oder gegebenenfalls eine Gurtanlegewarnung zu erzeugen. Die Gurtanlegewarnung kann ebenfalls optisch oder akustisch erfolgen.
Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung ist der Widerstand R1 in Reihe mit dem Sensorelement 12a geschaltet, der Widerstand R2 ist in dem Reihe mit dem Sensorelement 12b geschaltet, und der Widerstand R3 ist in Reihe mit dem Sensorelement 12c geschaltet. Diese Reihenschaltungen sind wiederum parallel zueinander zwischen den Signalverarbeitungsblock 16 und einen Masseanschluss der Auswerteeinheit 14 geschaltet.
Durch die Widerstände R1, R2, R3 wird den über die Sensorelemente 12a, 12b, 12c in der Auswerteeinheit aufgenommenen elektrischen Signale eine individuelle elektrische Kenngröße zugeordnet, so dass auch in dem kombinierten Auswertesignal über eine zusammengesetzte Gesamtkenngröße, d.h. den Gesamtwiderstand, der individuelle Zustand der Sensorelemente 12a, 12b, 12c erfassbar ist. Dies wird durch eine geeignete Auswahl der Widerstände R1, R2, R3 gewährleistet. Mögliche Widerstandswerte wären beispielsweise R1=100 Ω, R2=200 Ω und R3=400 Ω.
Dieser Ansatz lässt sich für eine beliebige Anzahl n von Sensorelementen verallgemeinern, wobei dem n-ten Sensorelement in dem Kodierungsblock 15 dann jeweils ein Widerstand Rn zugewiesen ist. Die Werte für die Widerstände Rn könnten dann gemäß $R n = R 0 \cdot 2^{n - 1} .$
bestimmt werden.
Im Falle der in 1 dargestellten Parallelschaltung von Widerständen berechnet sich als Gesamtkenngröße der Gesamtwiderstand gemäß $R = \frac{1}{\sum_{i = 1}^{n} \frac{S_{i}}{2^{i = 1} \cdot R_{0}}},$
wobei S_i=0 einen offenen Zustand des Schalters 13 und S_i=1 einen geschlossenen Zustand des Schalters 13 in dem i-ten Sensorelement bezeichnet.
Falls alle Schalter geöffnet sind, d.h. S₁, ..., S_n=0, ergibt sich der Gesamtwiderstand durch Grenzwertbildung: $lim_{S_{i} \to 0} (R = \frac{1}{\sum_{i = 1}^{n} \frac{S}{2^{i - 1} R_{0}}}) = \infty .$
Für die in 1 dargestellten drei Sensorelemente 12a, 12b, 12c und R0=100 Ω ergibt sich dann die folgende Zuordnung zwischen dem Zustand der Sensorelemente 12a, 12b, 12c und dem erfassten Gesamtwiderstand R.

R in Ω S₁ S₂ S₃

∞ 0 0 0

100 1 0 0

200 0 1 0

67 1 1 0

400 0 0 1

80 1 0 1

133 0 1 1

57 1 1 1
2 zeigt eine weitere Vorrichtung 10' zur Sitzüberwachung. Die Vorrichtung 10' entspricht in vielerlei Hinsicht der in 1 dargestellten Vorrichtung 10, und ähnliche Element wurden mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der wesentliche Unterschied der Vorrichtung 10' zu der Vorrichtung 10 besteht darin, dass in diesem Fall eine Reihenschaltung der Sensorelemente 12a, 12b, 12c vorgesehen ist, wobei in dem Kodierungsblock 15' zu den Sensorelementen 12a, 12b, 12c jeweils ein Widerstand R1, R2 bzw. R3 parallel geschaltet ist. Zu diesem Zweck sind jeweils zwei Signalleitungen von den Sensorelementen 12a, 12b, 12c zu der Auswerteeinheit 14' geführt. Auch in diesem Fall können geeignete Kabel und Steckverbinder zum Einsatz kommen, um die Sensorelemente 12a, 12b, 12c mit der Auswerteeinheit 14' zu koppeln.
Auch bei der in 2 dargestellten Anordnung ist eine Verallgemeinerung auf eine beliebige Anzahl n von Sensorelementen möglich. Wenn die Widerstände wie oben mit Bezug auf 1 erläutert gewählt werden, ergibt sich in diesem Fall für den Gesamtwiderstand $R = \sum_{i = 1}^{n} S_{i} \cdot 2^{i - 1} \cdot R_{0} .$
Für das dargestellte Beispiel mit drei Sensorelementen 12a, 12b, 12c und R0 = 100 Ω ergeben sich somit die folgenden Werte:

R in Ω S₁ S₂ S₃

0 0 0 0

100 1 0 0

200 0 1 0

300 1 1 0

400 0 0 1

500 1 0 1

600 0 1 1

700 1 1 1
Es ist somit möglich, den Zustand der Sensorelemente individuell zu erfassen, ohne dass hierfür die Verwendung individuell angepasster Sensorelemente erforderlich wäre. Insbesondere können in den Sensorelementen universell einsetzbare Sensoren verwendet werden. Neben den in 1 und 2 dargestellten Schaltern können als Sensoren auch Hall-Elemente oder piezoresistive Elemente verwendet werden. Gleichzeitig ist zur Auswertung des kodierten Auswertesignals nur eine einzige Schnittstelle des Signalverarbeitungsblocks erforderlich, um das kombinierte Auswertesignal zu erfassen. Es ergibt sich somit eine im Hinblick auf den Einsatz komplexer Elektronikkomponenten vereinfachter Aufbau der Auswerteeinheit.
Anstelle der bei 1 und 2 als elektrische Kenngröße zur Kodierung verwendeten Widerstands können selbstverständlich auch andere elektrische Kenngrößen verwendet werden, beispielsweise ein elektrischer Strom, welcher individuell den Sensorelementen zugeordnet wird, oder eine elektrische Spannung, welche individuell den Sensorelementen zugeordnet wird. Letztere Varianten können insbesondere bei Verwendung von Hall-Elementen oder piezoelektrischen Elementen als Sensor von Vorteil sein.
Bezugszeichenliste

10, 10': Sitzüberwachungsvorrichtung
12a, 12b, 12c: Sensorelement
13: Schalter
14, 14': Auswerteeinheit
15, 15': Kodierungsblock
16, 16': Signalverarbeitungsblock
A: Ausgangssignal

Claims

Verfahren zur Sitzüberwachung, umfassend: Bereitstellen mehrerer Sensorelemente (12a, 12b, 12c) und Kopplung der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) jeweils mit einem entsprechenden Signalanschluss einer Auswerteeinheit (14; 14'), dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (14; 14') jedem der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) eine vorbestimmte elektrische Kenngröße zugeordnet wird, wobei in der Auswerteeinheit (14; 14') eine aus den elektrischen Kenngrößen der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) zusammengesetzte Gesamtkenngröße erfasst wird, wobei die vorbestimmten elektrischen Kenngrößen derart gewählt sind, dass über die zusammengesetzte Gesamtkenngröße der individuelle Zustand der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) erfassbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße ein Widerstand ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße ein Strom ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße eine Spannung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sitzzustand anhand der erfassten Gesamtkenngröße bestimmt wird und über akustische und/oder optische Signale angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslösevorgang einer Airbagvorrichtung abhängig von der erfassten Gesamtkenngröße gesteuert wird.
Vorrichtung zur Sitzüberwachung, umfassend: eine Auswerteeinheit (14; 14') mit einer Vielzahl von Signalanschlüssen zur Kopplung mit jeweils einem Sensorelement (12a, 12b, 12c), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (14; 14') Kennzeichnungsmittel (15; 15') umfasst, um den Signalanschlüssen jeweils eine elektrische Kenngröße zuzuordnen, und dass die Auswerteeinheit (14; 14') Signalverarbeitungsmittel (16; 16') umfasst, welche zum Erfassen einer aus den elektrischen Kenngrößen der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) zusammengesetzten Gesamtkenngröße ausgestaltet ist, wobei die vorbestimmten elektrischen Kenngrößen derart gewählt sind, dass über die zusammengesetzte Gesamtkenngröße der individuelle Zustand der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (14; 14') die Vielzahl von Signalanschlüssen über die Kennzeichnungsmittel (15; 15') zu einem einzigen Auswertesignal zusammengeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße ein Widerstand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße ein Strom ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße eine Spannung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung darüber hinaus eine Vielzahl von Sensorelementen (12a, 12b, 12c) umfasst, welche jeweils mit einem der Signalanschlüsse der Auswerteeinheit (14; 14') gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12a, 12b, 12c) jeweils einen Schalter, ein Hall-Element oder ein piezoelektrisches Element umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12a, 12b, 12c) im wesentlichen identisch ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (14; 14') dazu ausgestaltet ist, anhand der erfassten Gesamtkenngröße den Zustand der Sensorelemente (12a, 12b, 12c) individuell auszuwerten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12a, 12b, 12c) über die Kennzeichnungsmittel (15) zu einer Parallelschaltung gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (12a, 12b, 12c) über die Kennzeichnungsmittel (15') zu einer Reihenschaltung gekoppelt sind.