DE102007022463A1

DE102007022463A1 - Messsystem

Info

Publication number: DE102007022463A1
Application number: DE102007022463A
Authority: DE
Inventors: Markus Kandler
Original assignee: Takata Petri AG
Current assignee: Takata AG
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-11-13
Also published as: JP2010528258A; JP5203452B2; CN101678780A; CN101678780B; EP2146866A1; US20100057304A1; WO2008138870A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem mit mindestens einem ersten Messmittel zur Erfassung mindestens einer frequenzunabhängigen elektrischen Größe, einer Auswerteeinheit zur Erfassung des zeitlichen Verhaltens der frequenzunabhängigen elektrischen Größe, wobei die Auswerteeinheit aus der Erfassung des zeitlichen Verlaufes der frequenzunabhängigen elektrischen Größe automatisch ein Signal generiert, das einem frequenzunabhängigen Signal mindestens teilweise äquivalent ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Messverfahren, bei dem mindestens ein erstes Messmittel mindestens eine frequenzunabhängige elektrische Größe erfasst; eine Auswerteeinheit das zeitliche Verhalten der frequenzunabhängigen elektrischen Größe erfasst, wobei die Auswerteeinheit aus der Erfassung des zeitlichen Verlaufes der frequenzabhängigen elektrischen Größe automatisch ein Signal generiert, das einem frequenzabhängigen Signal mindestens teilweise äquivalent ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Messverfahren, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein verbessertes Messsystem und ein verbessertes Messverfahren, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen.
Dieses Problem wird durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Messverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Danach ist ein Messsystem vorgesehen, mit mindestens einem ersten Messmittel zur Erfassung mindestens einer frequenzunabhängigen elektrischen Größe, insbesondere einer Ladung, mit einer Auswerteeinheit zur Erfassung des zeitlichen Verhaltens der frequenzunabhängigen elektrischen Größe (z. B. Lade- und Entladezeiten eines Kondensators), wobei die Auswerteeinheit den zeitlichen Verlauf der frequenzunabhängigen elektrischen Größe in ein Signal umsetzt, das insbesondere einen Verbindungszustand zwischen zwei Bauteilen (z. B. zwischen einem Kindersitz und einem Sitz des Kraftfahrzeuges) charakterisiert, wobei insbesondere jenes Signal einem frequenzabhängigen Signal mindestens teilweise äquivalent ist. D. h., mittels des Messsystems können Aussagen über das Verhalten von frequenzabhängigen Größen getroffen werden.
Das Verhalten derartiger frequenzabhängiger Größen wird in Kraftfahrzeugen beispielsweise dazu verwendet, um die Belegung eines Sitzes des Kraftfahrzeuges zu sensieren (vgl. 5–7). Dabei lassen sich Kindersitze, die mittels Rastverschlüssen (insbesondere ISOFIX) an einem Kraftfahrzeugsitz (z. B. Rückbank) befestigbar sind, in der Regel nicht von Personen unterscheiden. Dies liegt daran, dass der Kindersitz, der in einem an den Sitz befestigten Zustand über den Rastverschluss mit dem Sitzgestell elektrisch leitend verbunden ist (der Sitz bzw. das Sitzgestell ist dabei geerdet), einen Masseschild bildet, der das Sensierungsfeld, d. h., die frequenzabhängige Größe (z. B. ein Sinusfeld), völlig abschirmt.
Die Erfindung ermöglicht es nun, insbesondere die Belegung des Sitzes durch einen Kindersitz der vorgenannten Art anhand einer frequenzunabhängigen Größe zu erfassen. Insoweit ist die frequenzunabhängige Größe zumindest teilweise äquivalent zur vorgenannten frequenzabhängigen Größe.
Hierbei wird ein elektrisch leitfähiger Teil des Rastverschlusses (z. B. ISOFIX-Bügel), der am Sitz verbleibt, als Elektrode verwendet. Diese Elektrode kann innerhalb einer bestimmten Zeit Ladung aufnehmen und diese innerhalb einer bestimmten Zeit abgeben (Entladung). Die Lade- bzw. Entladezeit des freien, am Sitz befindlichen Teils des Rastverschlusses (der Kindersitz befindet sich also in einem nicht mit dem Sitz des Kraftfahrzeuges bestimmungsgemäß verbundenen Zustand) wird als Referenzwert herangezogen. Wird nun ein am Kindersitz befindlicher (ebenfalls elektrisch leitfähiger) erster Teil des Rastverschlusses (dieser kann elektrisch leitend mit weiteren Teilen des Kindersitzes oder ggf. dem gesamten Kindersitz bzw. Rahmen des Kindersitzes verbunden sein) mit einem am Sitz befindlichen zweiten Teil des Rastverschlusses verbunden, so erhöht sich die Kapazität der Elektrode, und die Lade bzw. Entladezeit jener Elektrode ändert sich entsprechend. Diese Änderung der Lade bzw. Entladezeit ggü. den Referenzwerten ist messbar. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Messsystem z. B. eindeutig differenziert werden, ob ein Kindersitz an einem Sitz des Kraftfahrzeuges bestimmungsgemäß befestigt ist oder nicht.
Entscheidend ist dabei, dass der Rastverschluss zwei elektrisch leitfähige Teile bzw. Bauteile aufweist – ein Teil befindet sich am Kindersitz, der andere Teil am Sitz des Kraftfahrzeuges –, so dass der geschlossene Rastverschluss (beide Teile oder Bauteile sind elektrisch leitend miteinander verbunden) eine höhere Kapazität aufweist, als der am Kraftfahrzeugsitz befindliche Teil für sich genommen. Ein derartiger Rastverschluss wird beispielsweise durch einen bekannten ISOFIX-Verschluss bereitgestellt.
Ein Gedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, das erfindungsgemäße System mit einem Messsystem zu kombinieren, das mittels einer frequenzabhängigen Größe (vgl. 5–7) die Belegung eines Fahrzeugsitzes bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht entsprechend vor, mittels mindestens einem ersten Messmittel mindestens eine frequenzunabhängige elektrischen Größe zu erfassen, mittels einer Auswerteeinheit das zeitliche Verhaltens der frequenzunabhängigen elektrischen Größe zu erfassen, wobei die Auswerteeinheit den zeitlichen Verlauf der frequenzunabhängigen elektrischen Größe in ein Signal umsetzt, das einem frequenzabhängigen Signal mindestens teilweise äquivalent ist.
Vorteilhafte Varianten und Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
I. ISOFIX-Kindersitze
Was ist ISOFIX?
ISOFIX ist eine spezielle Form zur sicheren Befestigung von Kinderrückhaltesystemen in Fahrzeugen. Sie funktioniert über eine genormte Steckverbindung. Daher ist sie in allen Fahrzeugen, in denen ISOFIX angeboten wird, gleich. Definiert wurde dieser Standard von der internationalen Standardisierungs-Organisation. Ziel war es, durch eine Normierung den Einbau von Kindersitzen möglichst einfach zu gestalten, um Fehler dabei zu vermeiden.
Wie funktioniert ISOFIX?
Das ISOFIX-System besteht immer aus einem ISOFIX-kompatiblen Kindersitz und einem Fahrzeug, welches diese Befestigungsmethode anbietet. Zwei Rastarme mit Schnappverschluss, welche am Kindersitz angebracht werden, greifen in zwei Rastbügel, die im Fahrzeug zwischen Sitzlehne und Sitzfläche fest mit dem Fahrzeug verbunden sind. Des Weiteren gibt es ein so genanntes Plattform-System, welches den Einsatz verschiedener Kindersitzschalen in einem Fahrzeug ermöglicht.
II.
Patentnummern:

7,180,306
6,825,765
6,772,746
6,609,055
6,598,900
6,577,023
6,563,231
6,520,535
6,517,106
6,445,294
6,433,335
6,392,542
6,378,900
6,283,504
5,964,478
5,716,071
5,551,545
5,473,946
5,195,935
4,958,938
4,343,987

Unseren derzeitigen Patenten liegt folgende Physik zugrunde:
Es wird ein 12 kHz harmonische Sinussignal auf eine Sensierungsmatte/Heizungsmatte eingespeist. Der Strom in die Matte wird gemessen
Für einen nassen Sitz wird die reaktive und resistive Komponente der Impedanz zwischen Sensor und Masse gemessen und unter Verwendung von Real- und Imaginärteil des Stromes eine Unterscheidung getroffen.
III. Problematik ISOFIX – Kindersitz Erkennung mit CS3
6 zeigt, dass das Sitzgestell geerdet sein muss, um eine definiertes System herzustellen. Somit ist auch der ISOFIX-Bügel auf gleichem Potential. Die Masse ist hierbei nicht wie im herkömmlichen sinne eine Gleichspannungsmasse, sondern eine frequenzabhängige.
Wenn nun der Isofixbügel mit einem Kindersitz verbunden wird, befindet sich das im Kindersitz befindliche Metall ebenfalls auf gleichem Potential wie der Rest des Sitzes.
Somit stellt der Kindersitz einen Massenschild dar, der das CS3-System bzw. das durch die eingespeiste Sinusspannung erzeugte Sensierungsfeld völlig abschirmt und eine Unterscheidung zwischen Personen und Kindersitzen unmöglich macht, da durch das CS3-System erzeugte Werte gleich sind bzw. sich in der gleichen Höhe von I und Q befinden.
Eine einfache Isolierung des Systems reicht nicht aus, um den Bügel von dem Rest der Masse zu entkoppeln, da wir nicht von einem „Gleichspannungs"-Widerstand redenm sondern einer Impedanz.
Um eine Entkopplung des Isofixbügels herzustellen, würden hierbei Isolationen im cm-Bereich notwendig, die nicht umsetzbar sind.
IV. Erfindungsidee und Patentansprüche
Die Idee der Erfindung liegt darin, zwei Messvarianten zu Verbinden, um der Frequenzabhängigkeit des CS3-Systems entgegen zu wirken.
Dies gilt gleichermaßen für alle Systeme, in denen frequenzabhängige Messerwerte ermittelt werden, um eine Detektierung welcher Art auch immer zu ermöglichen.
Hier wird ein analoges Messverfahren mit einem frequenzabhängigen Messverfahren verbunden, um ISOFIX-Kindersitze zu erkennen und um passive bzw. aktive Sicherheitssysteme, die eine Gefährdung eines Insassen bedeuten, abzuschalten bzw. deren Auslösung zu verhindern.
Es reicht aus, eine einfach Isolierung des ISOFIX umzusetzen, um dieses System für die analoge Messart zu verwenden.
Das „analoge" Messverfahren ist gleichermaßen kapazizitiv. Hier wird der nun „DC-isolierte" Bügel als Sensorelektrode benutzt.
Das Messprinzip:
Es wird ein Kondensator benötigt, der kontinuierlich geladen und entladen wird. Die Lade- und Entladezeit wird als Referenz benutzt.
Der Isofixbügel wird als Elektrode benutzt. Das Aufladen dieser Elektrode mit ihren geometrischen Eigenschaften dauert wie bei einem Kondensator eine gewisse Zeit. Diese Zeit wird benutzt (nachdem Sie von der Referenzzeit abgezogen wurde) um einen „0"-Zustand darzustellen.
Wenn nun die Fläche der Elektrode durch Anschließen des Kindersitzes erhöht wird, erhöht sich ebenfalls jene Zeit und es wird erkannt, dass der ISOFIX-Kindersitz eingebaut wurde. Wir haben einen „1"-Zustand.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Gestells eines Kindersitzes mit einem Rastverschluss zum Befestigen des Kindersitzes an einem Sitz eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einer Rückbank;
2 eine schematische, geschnittene Ansicht eines Kindersitzes der in der 1 gezeigten Art, mit einen erfindungsgemäßen Messsystem;
3 eine perspektivische Ansicht eines Bereiches eines Kindersitzes der in den 1 und 2 gezeigten Art, mit einem Rastverschluss (ISOFIX) zum Befestigen des Kindersitzes an einem Sitz eines Fahrzeuges (das Einrastprinzip);
4 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht des in der 3 gezeigten Rastverschlusses.;
5 ein Blockschaltbild eines Messsystems zur Erfassung der Belegung eines Sitzes eines Kraftfahrzeuges. Dabei sind „I" und „Q" die In-Phase-Blindstromkomponenten des zum Sensor gesendeten Stromes. Diese werden zur Klassifizierung bei feuchten Sitzen verwendet;
6 ein weiteres Blockschaltbild eines Messsystems zur Erfassung der Belegung eines Kraftfahrzeugsitzes, in Verbindung mit einem geerdeten Kraftfahrzeugsitz;
7 eine schematische, geschnittene Darstellung eines Kraftfahrzeugsitzes, mit einem den Sitz belegenden Insassen;
8 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Detektierung der Gegenwart einer Person anhand von Kapazitätsmessungen; und
9 eine Blockschaltbild eines Messsystems zur Bestimmung der Belegung eines Kraftfahrzeugsitzes (z. B. durch einen Kindersitz).
1 zeigt im Zusammenhang mit den 2 bis 4 ein Sitzgestell 1a, mit einem ersten Teil eines Rastverschlusses in Form von am Sitzgestell 1a festgelegten Isofix-Rasthaken 1, die zum Befestigen des Kindersitzes 1a in einen am Fahrzeugsitz 4 vorgesehenen zweiten Teil des Rastverschlusses in Form von Isofix-Rastbügeln 2 eingreifen.
5 zeigt im Zusammenhang mit den 6 und 7 ein Messsystem zum Bestimmen der Belegung eines Kraftfahrtzeugsitzes 4 anhand einer frequenzabhängigen Größe, die mittels einer Erfassungseinheit 5 (sensing element) erfassbar ist. Gemäß 6 ist der Fahrzeugsitz 4 dabei geerdet.
Mittels einer derartigen Anordnung und Verschaltung von Erfassungseinheiten 5 kann insbesondere die Kapazität C_og zwischen einer den Kraftfahrzeugsitz 4 bestimmungsgemäß belegenden Person 6 und dem Fahrzeugboden 7, die Kapazität C_sg zwischen dem Sensor (Erfassungseinheit 5) und dem Fahrzeugboden 7 sowie die Kapazität C_so zwischen dem Sensor (Erfassungseinheit 5) und dem Insassen 6 erfasst werden und zur Bestimmung der Belegung des Sitzes 4 herangezogen werden. Eine derartige Anordung zur kapazitiven Erfassung der Gegenwart einer Person 6 ist auch in der 8 dargestellt.
9 zeigt schließlich ein Blockschaltbild zur Bestimmung der charakteristischen Größen einer Elektrode 7 (wie z. B. Ladezeit und Entladezeit der Elektrode 7). Bei der Elektrode 7 kann es sich z. B. um einen Teil eines Rastverschlusses für den Kindersitz 1a handeln, insbesondere um den am Fahrzeugsitz 4 vorgesehenen zweiten Teil 2 des Rastverschlusses (z. B. Isofix-Rastbügel 2).
Ist der Kindersitz 1a über seine Rasthaken 1 mit dem Rastbügel 2 elektrisch leitend verbunden, ändert sich die Lade- bzw. Entladezeit der Elektrode 7, die nunmehr den Rastbügel 2 und den Rasthaken 1 umfasst. Diese Änderung der Lade- bzw. Entladezeit ist zur Bestimmung der Belegung des Kraftfahrzeugsitzes 4 durch den Kindersitz 1a erfassbar.

1: Isofix Rasthaken
1a: Sitzgestell
2: Isofix Bügel
4: Kraftfahrzeugsitz
5: Erfassungseinheit
6: Insasse
7: Fahrzeugboden
7a: Elektrode
8: Polsterteil Lehne
9: Polsterteil Sitz
10: Sitzmechanik
11: Rückwand
12: Elo-Box
13: V_Batterie
14: Energieversorgung
15: CAN
16: Sitzgurt
17: Mikroprozessor
18: Sinuswellenerzeugung
19: Abtaststrom-Messung
20: Abtastelement (Erfassungseinheit)
21: EC
22: 8-Pin-Verbindung
23: EAS Elektronisches Steuergerät
24: Zweiadrige Verbindung
25: Permanente Verbindung zwischen elektronischem Steuergerät und Sensormatte
26: Erhitzer elektronisches Steuergerät
27: Erhitzer Verbinder
28: Gurt Verbinder
29: V_Batt
30: Erde
31: CAN 1
32: CAN 2
33: Sitz Erde 1
34: Sitz Erde 2
35: Erhitzer Erde 1
36: Erhitzer Erde 2
C_so: Sensor-zu-Insasse Kapazität
C_og: Insasse-zu-Erde Kapazität
C_sg: Sensor-zu-Erde Kapazität
37: Abtastelektrode (Erfassungseinheit)
38: Sensor
39: Umliegende Umgebung
40: Einrampenverfahren (single-slope) geschalteter Kondensator ADU
41: SNS 1
42: SNS 2
43: Ladungsverstärker
44: „Fertig"
45: „Start"
46: Signalfolgeregler (Burst-Regler)
47: „Ergebnis"

Claims

Messsystem mit a) mindestens einem ersten Messmittel zur Erfassung mindestens einer frequenzunabhängigen elektrischen Größe; b) einer Auswerteeinheit zur Erfassung des zeitlichen Verhaltens der frequenzunabhängigen elektrischen Größe, wobei c) die Auswerteeinheit aus der Erfassung des zeitlichen Verlaufes der frequenzunabhängigen elektrischen Größe automatisch ein Signal generiert, das einem frequenzabhängigen Signal mindestens teilweise äquivalent ist.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messmittel einen Kondensator und/oder eine Spule aufweist.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzunabhängige elektrische Größe ein Strom, eine Spannung und/oder eine Ladung ist.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Verhalten eines Ladungs- und/oder eines Entladungsvorganges von der Auswerteeinheit erfasst wird.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messmittel und die mindestens eine Auswerteeinheit in einem Fahrzeug angeordnet sind.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode eines Kondensators Teil eines ersten Bauteils ist, wobei eine zweite Elektrode eines zweiten Bauteils mit der ersten Elektrode koppelbar ist.
Messsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Dynamik der Ladung- und/oder Entladung des Kondensators ein Signal über den mechanischen Verbindungszustand des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil generierbar ist.
Messsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode des Kondensators an einen Befestigungsbügel eines ISOFIX Kindersitzes gekoppelt ist und die zweite Elektrode des Kondensators an einen Kindersitz für das Auto gekoppelt ist.
Messsystem nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil Teil eines Schnappverschlusses ist, so dass mindestens ein Signal der Auswerteeinheit zur Detektion einer Verbindung verwendbar ist.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kopplung mit mindestens einem Messmittel zur Erfassung einer frequenzabhängigen Größe.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kopplung mit einem Fahrgastschutzsystem, insbesondere eines Airbagsystems in einem Fahrzeug.
Vorrichtung zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einem Messsystem gemäß mindesten einem der Ansprüche 1 bis 11 koppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Kindersitz für ein Fahrzeug ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kindersitz eine dünne Isolierschicht aufweist.
Messverfahren, bei dem a) mindestens ein erstes Messmittel mindestens eine frequenzunabhängige elektrischen Größe erfasst; b) eine Auswerteeinheit das zeitliche Verhaltens der frequenzunabhängigen elektrischen Größe erfasst, wobei c) die Auswerteeinheit aus der Erfassung des zeitlichen Verlaufes der frequenzunabhängigen elektrischen Größe automatisch ein Signal generiert, das einem frequenzabhängigen Signal mindestens teilweise äquivalent ist.