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Die
Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Bestimmung von Gewicht und/oder
Position eines Sitzinsassen, umfassend mindestens zwei beabstandete
Gewichtskraftsensoren, welche gemessene Gewichtskraftsignale bereitstellen,
und eine Kontrolleinrichtung, welche auf Grundlage der gemessenen
Gewichtskraftsignale ein das Gewicht und/oder die Position eines
Sitzinsassen charakterisierendes Signal erzeugen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung von Gewicht
und/oder Position eines Sitzinsassen, bei dem gemessene Gewichtskraftsignale
von mindestens zwei beabstandeten Gewichtskraftsensoren ausgewertet
werden.
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Fahrzeuge
umfassen Airbags, um ernsthafte Verletzung bei Kollisionen zu verhindern.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Entfaltungskraft eines Airbags
gesteuert wird. Die Messung des Gewichts eines Sitzinsassen in dem
Fahrzeug stellt Daten bereit, mit welchen die Entfaltungskraft gesteuert
werden kann. Ein Airbag sollte nicht ausgelöst werden oder
sollte mit einer geringeren Entfaltungskraft ausgelöst
werden, wenn eine leichtere Person (verglichen mit einem Durchschnittserwachsenen)
oder ein kleines Kind auf einem Fahrzeugsitz sitzt. Die Gewichtsinformation
und/oder die Positionsinformation über den Sitzinsassen
kann dazu benutzt werden, den Sitzinsassen zu klassifizieren und
dadurch die Entfaltungskraft zu steuern.
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Die
EP 1 299 269 B1 offenbart
ein Verfahren, um Fahrzeugsitzinsassen unter Verwendung einer Mehrzahl
von Gewichtskraftsensoren innerhalb eines Fahrzeugsitzes zu klassifizieren.
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Die
EP 1 028 867 B1 offenbart
ein Verfahren zur Bestimmung von Faktoren im Zusammenhang mit einem
Sitzinsassen in einem Fahrzeug, um die Reaktion eines Sicherheitsrückhaltesystems
zu steuern. Es wird dabei eine Mehrzahl von beabstandeten Gewichtskraftsensoren
verwendet, welche dem Fahrzeugsitz zugeordnet sind. Der Schwerpunkt
wird benutzt, um einen Korrekturfaktor zu bestimmen, welcher das
Verhältnis von Gesamtgewicht eines Sitzinsassen zu dem
auf den Sitz wirkenden Gewicht repräsentiert, wenn ein
Sitzinsasse auf dem Sitz sitzt. Das tatsächliche Gewicht
des Sitzinsassen wird durch Multiplikation des gesamten wirkenden
Gewichts auf den Fahrzeugsitz mit dem Korrekturfaktor berechnet.
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Die
DE 38 09 074 C2 offenbart
ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug, welches vier Sensoren
zur Bestimmung der Sitzposition eines Sitzinsassen umfasst.
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Die
US 2005/0090959 A1 offenbart
eine Sensorstruktur mit Sensoren, welche innerhalb einer Sitzstruktur
zur Messung des Gewichts des Sitzinsassen angeordnet sind. Die Sensoren
können in irgendeiner von mehreren Sensorkonfigurationen
angeordnet werden. Zur Nutzung gemeinsamer Hardware mit unterschiedlichen
Sensorkonfigurationen wird eine virtuelle Matrix geschaffen und
Ausgabesignale der Sensoren werden in die virtuelle Matrix abgebildet.
Die virtuelle Matrix umfasst virtuelle Zellenpositionen, die kein
korrespondierendes Sensorausgabesignal haben; es sind weniger physikalische
Zellen (Sensoren) vorhanden als virtuelle Zellpositionen in der
virtuellen Matrix. Ein Gewichtsausgabesignal wird in die korrespondierende
Position in der virtuellen Matrix abgebildet und die verbleibenden
virtuellen Zellpositionen haben zugeordnete Werte, welche auf den
Daten basieren, die durch die umgebenden physikalischen Zellen bereitgestellt
sind. Das Sitzinsassengewicht wird bestimmt auf Grundlage einer
Ausgabe von der virtuellen Matrix und der Sitzinsasse wird in eine
von mehreren Sitzinsassenklassifizierungen eingeordnet. Die Entfaltungskraft
eines Rückhaltesystems wird gemäß der
Klassifizierung des Sitzinsassen gesteuert.
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Weitere
Gewichtsklassifikationssysteme sind in der
US 6,070,115 A , der
US 6,801,111 B1 ,
der
US 6,243,634 B1 und
der
US 7,024,295 B2 beschrieben.
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Die
DE 10 2004 046 305
A1 offenbart ein Rückhaltesystem für
ein Kraftfahrzeug mit Rückhaltegurt und mit einer Gurtschlosshalterung,
welche mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs fest verbunden ist.
Die Gurtschlosshalterung weist einen Kraftsensor zur Messung der
Spannung des Rückhaltegurts und eine Auswerteschaltung
auf, welche geeignet ist, das durch den Kraftsensor erfasste Spannungssignal
auf Herz- und/oder Atemaktivitäten auszuwerten.
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Die
DE 10 2005 020 847
A1 offenbart ein Verfahren zur berührungslosen
Detektion von Vitalfunktionen und zur Ermittlung der räumlichen
Lage des Herzens oder anderer signifikanter Körperteile
im Körperinneren der Passagiere eines Kraftfahrzeugs.
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Die
EP 0 842 060 offenbart eine
Anordnung zum Erkennen der Belegungsart eines Fahrzeugsitzes, welche
mindestens einen auf die Bewegungen eines den Fahrzeugsitz belegenden
Insassen oder Gegenstands reagierenden Sensormittel aufweist, die
das Sensorausgangssignal frequenzselektiv in mehrere Signalanteile
zerlegen.
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Aus
der
DE 10 2006
035 447 A1 ist ein Drucksensor für biologische
Informationen bekannt, welcher eine Flächenform aufweist
und auf einem elastischen Trageelement zum Tragen eines menschlichen
Körpers angeordnet ist. Der Sensor dient zur Erfassung
einer externen Kraft aufgrund einer Laständerung, die durch den
menschlichen Körper verursacht wird, und/oder einer Schwingung,
die durch den menschlichen Körper erzeugt wird.
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Aus
der
DE 43 22 159 A1 ist
eine Vorrichtung zur Erfassung der Anwesenheit von Personen vorzugsweise
auf Sitzen bekannt, wobei den Personen jeweils eine elektrische Überwachungsanordnung
zugeordnet ist. Elektroden dienen zur Abtastung des menschlichen
Körpers.
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Aus
der
DE 103 05 978
A1 ist eine Einrichtung zur Klassifikation von Insassen
eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche eine Gewichtserfassungsvorrichtung
aufweist, die mit einer Sitzvorrichtung gekoppelt ist. Eine Steuereinheit
nimmt als Reaktion auf das Gewichtssignal und ein Beschleunigungssignal
die Klassifikation der Insassen durch Verfolgen einer Frequenzbereichsdarstellung
des Gewichtssignals dividiert durch das Beschleunigungssignal vor.
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In
der
DE 693 15 869
T2 ist eine Anwesenheitserfassungsvorrichtung eines Fahrzeugs
offenbart, welche einen Vibrationssensor aufweist, welcher sich
in einem Fahrzeugsitz befindet. Ein Anwesenheitsentscheidungsmittel
beurteilt, ob oder ob nicht der menschliche Körper auf
dem Sitz vorhanden ist, indem er zwischen der Person oder einem
anderen Objekt in Übereinstimmung mit den Frequenzeigenschaften,
welche von dem Erfassungsmittel erfasst wurden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorsystem der eingangs
genannten Art bereitzustellen, welches auf einfache Weise aufgebaut
ist und mit dem sich genaue Ergebnisse erhalten lassen.
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Diese
Aufgabe wird bei dem Sensorsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass die Kontrolleinrichtung eine Zeitanalyseeinrichtung
aufweist, durch welche der zeitliche Verlauf eines gemessenen Gewichtskraftsignals
mindestens eines Gewichtskraftsensors analysierbar ist und welche
Zeitanalysedaten bereitstellt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung stellt der
mindestens eine Gewichtskraftsensor nicht nur ein das die auf den
jeweiligen Gewichtskraftsensor wirkende Gewichtskraft charakterisierendes
Signal bereit, sondern es werden zusätzliche Zeitanalysedaten
bereitgestellt. Über die zusätzlichen Zeitanalysedaten
lässt sich prüfen, ob die Gewichtskraftsensoren
richtig funktionieren. Ferner ist es möglich, insbesondere
wenn weniger als vier Gewichtskraftsensoren vorhanden sind, Zusatzinformationen
zu gewinnen, um das Gewicht und/oder die Sitzposition eines Sitzinsassen
auch bei dieser verringerten Anzahl von Gewichtskraftsensoren genau
zu ermitteln. Weiterhin ist es möglich, durch die zusätzliche
Zeitanalyse zu ermitteln, ob eine Person auf einem Sitz positioniert
ist oder ein Gegenstand; beispielsweise lässt sich der
Herzschlag bzw. die Atmung durch eine entsprechende Frequenz in
einem Frequenzspektrum erkennen.
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Die
Zeitanalysedaten enthalten insbesondere Informationen über
Frequenz und/oder Signalstärke. Wenn beispielsweise eine
Frequenzanalyse durchgeführt wird, dann enthalten die Zeitanalysedaten
Informationen über die enthaltene Frequenz oder Frequenzen
und/oder über die Signalstärke der entsprechenden Frequenzsignale.
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Beispielsweise
ist es anhand der Zeitanalysedaten möglich zu erkennen,
ob der Sitzinsasse ein Kind bzw. ein Erwachsener oder ein Jugendlicher
ist. Kinder haben üblicherweise eine höhere Pulsfrequenz
als Erwachsene. Wenn ein Kindersitz auf einem Sitz angeordnet ist,
dann ist zu erwarten, dass die Signalstärke eines physiologischen
Frequenzsignals gering ist bzw. ein entsprechendes Frequenzsignal
nicht mehr detektierbar ist.
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Durch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung
ist es unter Umständen möglich, auf einen zusätzlichen
Gurtkraftsensor zu verzichten.
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Das
erfindungsgemäße Sensorsystem lässt sich
besonders vorteilhaft einsetzen, wenn ein oder mehrere nicht hardwaremäßig
vorhandene Gewichtskraftsensoren durch einen oder mehrere virtuelle
Gewichtskraftsensoren simuliert werden. Ein entsprechendes Sensorsystem
und ein entsprechendes Verfahren ist in der nicht vorveröffentlichten
EP-Anmeldung 07 101 282.7 vom
26. Januar 2007 (Anmelder Bizerba GmbH & Co. KG) beschrieben.
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Die
räumliche Lage der Kontrolleinrichtung ist dabei grundsätzlich
beliebig. Die Kontrolleinrichtung kann als getrennte Einheit an
dem Sitz angeordnet sein. Sie kann teilweise oder vollständig
an einem oder mehreren Gewichtskraftsensoren angeordnet sein. Es
ist auch möglich, dass die Kontrolleinrichtung ganz oder teilweise
in eine Steuerungseinrichtung eines Rückhaltesystems eines
Fahrzeugs integriert ist und beispielsweise in ein Airbag-ECU integriert
ist.
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Günstig
ist es, wenn die Zeitanalyseeinrichtung einen Frequenzwandler aufweist,
welcher ein Frequenzspektrum für ein gemessenes Gewichtskraftsignal
erzeugt. An dem Frequenzspektrum lässt sich dann eine entsprechende
Frequenzanalyse durchführen. Die Peaks im Frequenzspektrum
können bezüglich Lage (Frequenzwert) und Höhe
(Signalstärke) ausgewertet werden. Beispielsweise erzeugt
der Frequenzwandler das Frequenzspektrum durch Fourieranalyse.
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Es
ist dann vorteilhaft, wenn die Zeitanalyseeinrichtung einen Filter
umfasst, welcher Frequenzen oberhalb einer Grenzfrequenz ausfiltert.
Dadurch lassen sich für die Auswertung nicht relevante
Frequenzen herausfiltern. Insbesondere lässt sich dann
eine gezielte Analyse bezüglich physiologischer Frequenzen durchführen,
die in der Größenordnung von 1 Hz liegen. Die
Atmungsfrequenz liegt bei ca. 0,15 Hz und die Herzschlagfrequenz
bei ca. 1,5 Hz.
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Günstig
ist es, wenn die Grenzfrequenz höchstens 30 Hz ist und
insbesondere höchstens 20 Hz ist.
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Vorteilhafterweise
ist mit der Zeitanalyseeinrichtung die Anwesenheit von physiologischen
Frequenzen in dem gemessenen Gewichtskraftsignal des mindestens
einen Gewichtskraftsensors prüfbar. Wenn ein entsprechender
Peak im Frequenzspektrum in der Größenordnung
von 1 Hz (im Bereich von beispielsweise ca. 0,1 Hz bis 2 Hz) bei
der Zeitanalyse gefunden wird, dann deutet dies darauf hin, dass
eine Person und nicht ein Gegenstand auf dem Sitz sitzt. Durch eine
zeitliche Analyse lässt sich grundsätzlich der
Herzschlag erkennen bzw. die Atmung erkennen.
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Günstig
ist es, wenn die Kontrolleinrichtung eine Klassifizierungseinrichtung
umfasst, welche Sitzbelegungs-Klassifikationsdaten bezüglich
Gewicht und/oder Position eines Sitzinsassen bereitstellt. Entsprechende
Klassifikationsdaten können direkt einer Airbag-Steuerung
bereitgestellt werden, um auf Grundlage dieser Daten die Entfaltung
zu steuern.
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Günstig
ist es dann, wenn die Zeitanalyseeinrichtung mit der Klassifizierungseinrichtung
verbunden ist und dieser Zeitanalysedaten bereitstellt. Die Zeitanalysedaten
können zur Klassifizierung benutzt werden, um eine genauere
Klassifizierung zu erreichen.
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Es
ist ferner günstig, wenn die Kontrolleinrichtung eine Plausibilitätsprüfungseinrichtung
umfasst, welcher Zeitanalysedaten bereitgestellt werden. Wenn beispielsweise
unterschiedliche Gewichtskraftsensoren stark unterschiedliche Frequenzspektren
aufweisen, dann deutet dies auf eine Störung hin. Solche
Störungen lassen sich durch die Plausibilitätsprüfungseinrichtung
erkennen.
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Günstigerweise
ist eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen, welche Gewichtskraftsignale mehrerer
Gewichtskraftsensoren kombiniert. Dadurch lässt sich mit
Hilfe einer endlichen Anzahl von Gewichtskraftsensoren (mit mindestens
zwei Gewichtskraftsensoren) das Gesamtgewicht einer auf einem Sitz
sitzenden Person erfassen, auch wenn durch einen einzelnen Gewichtskraftsensor
nur ein Teilgewicht dieser Person erfasst wird. Ferner lässt
sich eine Sitzposition bestimmen.
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Günstig
ist es, wenn der Datenverarbeitungseinrichtung mindestens eine Filtereinrichtung
zugeordnet ist, durch welche der Datenverarbeitungseinrichtung zeitunabhängige
oder höchstens zeitlich sich langsam ändernde
Gewichtskraftsignale bereitstellbar sind. Eine Auswertung bzw. Verarbeitung
von Daten an der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt dadurch im
Wesentlichen an zeitunabhängigen Gewichtskraftsignalen
bzw. an Gewichtskraftsignalen, die als "quasistationär"
angesehen werden können. Bei der erfindungsgemäßen
Lösung lassen sich dann die Zeitanalysedaten zusätzlich
nutzen.
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Es
ist dann günstig, wenn die Zeitanalyseeinrichtung Zeitanalysedaten
der Datenverarbeitungseinrichtung bereitstellt, damit diese die
Zeitanalysedaten gegebenenfalls nutzen kann. Beispielsweise ist
es möglich, dass, wenn mehrere Gewichtskraftsensoren vorgesehen
sind, eine physiologische Frequenz nur in einem Gewichtskraftsensor
erkennbar ist. Dies deutet darauf hin, dass der Schwerpunkt des
Sitzinsassen in der Nähe dieses Gewichtskraftsensors liegt.
Diese Information kann dann zu einer genaueren Bestimmung des Gesamtgewichts
bzw. der Sitzposition verwendet werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Zeitanalyseeinrichtung eine Schalteinrichtung
umfasst, durch welche schaltbar ist, ob Zeitanalysedaten einer Klassifizierungseinrichtung
und/oder einer Plausibilitätsprüfungseinrichtung
und/oder einer Datenverarbeitungseinrichtung und/oder einem oder
mehreren virtuellen Gewichtskraftsensoren bereitstellbar sind. Über
die Schalteinrichtung kann gesteuert werden, welche Einheiten der Kontrolleinrichtung
mit Zeitanalysedaten versorgt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein
virtueller Gewichtskraftsensor vorgesehen, dessen virtuelle Gewichtskraftsignale
auf Grundlage von gemessenen Gewichtskraftsignalen mindestens zweier
Gewichtskraftsensoren ermittelt werden, wobei die Position eines
Sitzinsassen unter Zugrundelegung von gemessenen Gewichtskraftsignalen
und virtuellen Gewichtskraftsignalen ermittelt wird. Ein solches
Sensorsystem ist in der
EP-Anmeldung
07 101 282.7 vom 26. Januar 2007 beschrieben, auf die ausdrücklich
Bezug genommen wird. Mindestens zwei Gewichtskraftsensoren sind
hardwaremäßig bereitgestellt und mindestens ein
Gewichtskraftsensor ist ein nicht hardwaremäßig
realisierter Gewichtskraftsensor, welcher simuliert wird. Dadurch
lässt sich die Anzahl der hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensoren in dem System verringern, ohne
dass die Bestimmung des Gewichts und/oder die Position eines Sitzinsassen
beeinträchtigt wird. Das entsprechende Sensorsystem kommt
mit weniger hardwaremäßig realisierten Gewichtskraftsensoren
aus und ist dadurch kostengünstiger herstellbar, einfacher
zu montieren und weist eine höhere Ausfallsicherheit auf.
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Es
ist außerdem möglich, einen hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensor bezüglich Fehlfunktion
mit einem zugeordneten simulierten virtuellen Gewichtskraftsensor
zu prüfen. Eine zu große Abweichung zwischen einem
virtuellen Gewichtskraftsignal und einem tatsächlichen
Gewichtskraftsignal deutet auf eine Fehlfunktion des hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensors hin.
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Insbesondere
ist der mindestens eine virtuelle Gewichtskraftsensor in der Kontrolleinrichtung
softwaremäßig realisiert. Er wird durch Berechnungsverfahren
"bereitgestellt".
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Es
ist dabei möglich, dass der mindestens eine virtuelle Gewichtskraftsensor
einen Hardware-Gewichtskraftsensor ersetzt oder ergänzt.
Im ersteren Fall lässt sich die Anzahl der tatsächlich
nötigen Hardware-Gewichtskraftsensoren erniedrigen. Im
letzten Fall lässt sich ein hardwaremäßig
realisierter Gewichtskraftsensor über einen zugeordneten
virtuellen Gewichtskraftsensor auf Fehlfunktionen überwachen.
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Insbesondere
werden dem mindestens einen virtuellen Gewichtskraftsensor Zeitanalysedaten
bereitgestellt. Dadurch lässt sich eine höhere
Genauigkeit bezüglich der Gewichtsbestimmung und/oder Sitzpositionsbestimmung
eines Sitzinsassen unter Zugrundelegung von virtuellen Gewichtskraftsignalen
erreichen.
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Insbesondere
sind dabei die Gewichtskraftsensoren auf den Ecken eines Polygons
angeordnet und der mindestens eine virtuelle Gewichtskraftsensor
ist einem Polygoneck zugeordnet. Dadurch lässt sich auf einfache
Weise das Gewicht und/oder die Sitzposition eines Sitzinsassen bestimmen.
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Günstig
ist es, wenn eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Berechnung des
räumlichen Schwerpunkts der gemessenen Gewichtskraftsignale
vorgesehen ist. Mit Hilfe des so bestimmten räumlichen
Schwerpunkts der gemessenen Gewichtskraftsignale (welcher nicht
der Massenschwerpunkt eines Sitzinsassen sein muss), lässt
sich beispielsweise ein Berechnungsverfahren (Berechnungsmodus)
auswählen, gemäß welchem ein virtueller
Gewichtskraftsensor simuliert wird. In Abhängigkeit von
dem ausgewählten Berechnungsverfahren sind dann die virtuellen
Gewichtskraftsignale bereitgestellt. Es ist dadurch beispielsweise
möglich, das Gewicht bzw. die Position eines Sitzinsassen
mit nur zwei oder drei hardwaremäßig realisierten
Gewichtskraftsensoren zu bestimmen. Es wird dabei auf die nicht
vorveröffentlichte Anmeldung
EP 07 101 282.7 vom 26. Januar 2007
verwiesen.
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Insbesondere
wird durch die Datenverarbeitungseinrichtung die Summe der gemessenen
Gewichtskraftsignale und der virtuellen Gewichtskraftsignale ermittelt.
Daraus ergibt sich das Gesamtgewicht.
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Das
erfindungsgemäße Sensorsystem lässt sich
auf einfache und vorteilhafte Weise in einem Sitz und insbesondere
Fahrzeugsitz positionieren.
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Es
ist dann insbesondere günstig, wenn das Sensorsystem an
einer Sitzfläche angeordnet ist; das Sensorsystem kann
dabei in einen entsprechenden Sitzbereich integriert sein, um auf
einfache Weise Gewichtskraftdaten, welche durch eine Sitzbelegung
verursacht sind, zu ermitteln.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art bereitzustellen, mittels welchem sich auf einfache
und genaue Weise Steuerungsdaten für ein Fahrzeug-Rückhaltesystem
bereitstellen lassen.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass zusätzlich zur Auswertung von gemessenen
Gewichtskraftgrößen eine Zeitanalyse von gemessenen
Gewichtskraftsignalen durchgeführt wird und Zeitanalysedaten
bei der Berechnung von Gewicht und/oder Position eines Sitzinsassen
berücksichtigt werden und/oder mit Hilfe der Zeitanalysedaten
die gemessenen Gewichtskraftsignale auf Plausibilität geprüft
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem
erläuterten Vorteile auf.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem erläutert.
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Günstig
ist es, wenn bei der Zeitanalyse eine Frequenzanalyse bezüglich
physiologischer Frequenzen durchgeführt wird. Beispielsweise
wird eine Analyse dahingehend durchgeführt, ob eine Frequenz
in einem Frequenzspektrum vorhanden ist, welche typisch ist für
den Herzschlag oder die Atmung. Dadurch lässt sich beispielsweise
erkennen, ob eine Person oder ein Gegenstand auf dem Sitz sich befindet.
Ferner lassen sich unter Umständen detaillierte Sitzbelegungsinformationen
erhalten. Beispielsweise lässt sich unterscheiden, ob der
Sitzinsasse ein Kind oder ein Jugendlicher ist. Wenn ein Kindersitz
an dem Sitz angeordnet ist, dann ist kein Frequenzsignal mehr detektierbar
oder das Frequenzsignal ist zumindest stark abgeschwächt.
Weiterhin lässt sich durch die Lage der Frequenz selber
erkennen, ob ein Kind oder ein Erwachsener Sitzinsasse ist, da Kinder üblicherweise
einen höheren Puls als Erwachsene haben.
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Es
ist dann günstig, wenn eine Frequenzanalyse bezüglich
Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz durchgeführt wird.
Es werden dann Frequenzen oberhalb der bestimmten Grenzfrequenz
nicht weiter untersucht.
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Insbesondere
beträgt die Grenzfrequenz höchstens 30 Hz und
vorzugsweise höchstens 20 Hz. Dadurch lassen sich typische
physiologische Frequenzen in der Größenordnung
von 1 Hz erkennen und analysieren.
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Es
ist günstig, wenn virtuelle Gewichtskraftsignale aus gemessenen
Gewichtskraftsignalen berechnet werden, wobei durch virtuelle Gewichtskraftsignale
mindestens ein virtueller Gewichtskraftsensor simuliert wird. Dadurch
lässt sich die Anzahl der benötigten, hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensoren verringern bzw. hardwaremäßig
realisierte Gewichtskraftsensoren lassen sich auf Fehlfunktionen überwachen.
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Mit
den gemessenen Gewichtskraftsignalen und den virtuellen Gewichtskraftsignalen
wird das Gewicht und/oder die Position eines Sitzinsassen berechnet.
Dazu kann folgendermaßen vorgegangen werden: Aus den gemessenen
Gewichtskraftsignalen wird ein Schwerpunkt dieser Gewichtskraftsignale
ermittelt. Dieser Schwerpunkt ist nicht unbedingt der Massenschwerpunkt
des Fahrzeuginsassen. Es wird dann ein virtuelles Gewichtskraftsignal
berechnet. Dazu wird unter Zugrundelegung der räumlichen
Lage des Schwerpunkts der gemessenen Gewichtskraftsignale ein definierter
Berechnungsmodus ausgewählt, welcher dann verwendet wird,
um die virtuellen Gewichtskraftsignale zu bestimmen. Es werden dann
die gemessenen Gewichtskraftsignale und die virtuellen Gewichtskraftsignale,
die zusammengehören (d. h. die zum selben Zeitpunkt bzw.
zum selben Zeitintervall gehören) summiert. Die Summe ergibt
das ermittelte Gesamtgewicht.
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Insbesondere
wird mit Hilfe der Zeitanalysedaten eine Sitzbelegungs-Klassifikation
durchgeführt. Bei einer Sitzbelegungs-Klassifikation werden
die gemessenen Signale so ausgewertet, dass eine Gruppierung in eine
endliche Anzahl von Mengenelementen durchgeführt wird.
Beispielsweise werden fünf unterschiedliche Klassen für
die Sitzbelegung vorgesehen. Wenn zusätzlich Zeitanalysedaten
verwendet werden, dann lässt sich die Genauigkeit der Klassifikation
verbessern.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Zeitanalysedaten zur Simulation
des mindestens einen virtuellen Gewichtskraftsensors verwendet werden.
Dadurch erhält man unter Umständen ein verbessertes
Simulationsergebnis, d. h. das virtuelle Gewichtskraftsignal weicht
nur gering oder nicht von einem hardwaremäßig realisierten
Gewichtskraftsensor an der gleichen Stelle ab.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass mittels der Zeitanalysedaten die
gemessenen Gewichtskraftsignale auf Plausibilität überprüft
werden. Wenn beispielsweise zu starke Abweichungen im Frequenzspektrum von
unterschiedlichen Gewichtskraftsignalen gefunden werden, dann deutet
dies auf eine Störung und insbesondere systematische Störung
hin.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen Sitz, welcher mit einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensorsystems versehen
ist;
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2 eine
schematische Darstellung eines Gewichtskraftsensors, welcher an
einem Sitzbefestigungselement und einem Sitzelement montiert ist;
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3 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Sensorsystems;
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4 ein
schematisches Diagramm, welches Zwischenschritte für die
Berechnung von virtuellen Gewichtskraftsignalen zeigt;
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5 ein
Diagramm, welches verschiedene Berechnungsmoden für verschiedene
Unterfelder zeigt, wenn ein virtueller Gewichtskraftsensor BR gemäß 3 simuliert
wird durch einen Gewichtskraftsensor BL;
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6 ein
Diagramm, wenn in einem entsprechenden Unterfeld der virtuelle Gewichtskraftsensor
BR gemäß 3 simuliert
wird durch den Sensor FL; und
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7 eine
schematische Blockschaltbilddarstellung eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Sensorsystems mit einer
detaillierten Darstellung einer Kontrolleinrichtung.
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Ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sensorsystems, welches in den 1, 3 und 7 gezeigt
und dort mit 10 bezeichnet ist, dient zur Verwendung an
einem Sitz 12. Der Sitz 12 ist insbesondere ein
Fahrzeugsitz, welcher an einem Fahrzeug montiert ist. Das Fahrzeug
umfasst ein Rückhaltesystem, welches einen dem Sitz 12 zugeordneten
Airbag umfasst. Das Rückhaltesystem kann weitere Komponenten wie
einen Rückhaltegurt mit einer Gurtschlosshalterung umfassen,
wobei an der Gurtschlosshalterung ein oder mehrere Sensoren beispielsweise
zur Messung der Spannung des Rückhaltegurts angeordnet
sind.
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Der
Sitz 12 hat eine Sitzfläche 14, auf welcher
ein Sitzinsasse sitzt, und eine Sitzlehne 16. Das Sensorsystem 10 ist
der Sitzfläche 14 zugeordnet.
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Das
Fahrzeug umfasst Sitzbefestigungselemente 18a, 18b zur
Fixierung des Sitzes 12 an dem Fahrzeug. Die Sitzbefestigungselemente 18a, 18b sind
beispielsweise Befestigungsschienen. Der Sitz 12 umfasst korrespondierende
Sitzelemente 20, über welche der Sitz 12 an
den Sitzbefestigungselementen 18a, 18b fixierbar
ist. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Fixierung
des Sitzes 12 an den Sitzbefestigungselementen 18a, 18b über
Gewichtskraftsensoren 22 (2) des Sensorsystems 10.
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Die
Gewichtskraftsensoren 22 stellen gemessene Kraftsignale
und insbesondere gemessene Gewichtskraftsignale bereit. Es ist dabei
grundsätzlich möglich, dass ein Gewichtskraftsensor
so aufgebaut ist, dass Kräfte (insbesondere Gewichtskräfte)
direkt gemessen werden. Es ist auch möglich, dass ein Gewichtskraftsensor
die ausgeübten Kräfte indirekt misst. Beispielsweise
können Drucksensoren als Gewichtskraftsensoren verwendet
werden, welche die effektiv wirkenden Drücke messen, aus
denen dann die wirkenden Kräfte abgeleitet werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel eines Gewichtskraftsensors 22 umfasst
einen ersten Teil 24 und einen zweiten Teil 26,
die relativ zueinander beweglich sind. Der erste Teil 24 ist
an den Sitzbefestigungselementen 18a, 18b fixiert.
Der zweite Teil 26 ist an dem Sitzelement 20 fixiert.
Die Gewichtskraftsensoren 22 messen die ausgeübte
Kraft. Diese Kraft wird durch das Gewicht des Sitzes 12 und
eines darauf sitzenden Sitzinsassen verursacht. (Dabei muss das
Gewicht des Sitzinsassen nicht vollständig eingehen, da
dieser sich beispielsweise mit den Füßen auf einem
Fahrzeugboden abstützt.) Der Gewichtskraftsensor 22 stellt
entsprechende gemessene Gewichtskraftsignale bereit, wobei ein einzelner
Gewichtskraftsensor nicht das Gewicht des Sitzinsassen misst, sondern
ein Teilgewicht (Gewichtsanteil).
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Beispielsweise
hat ein Gewichtskraftsensor 22 eine bolzenförmige
Ausbildung.
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Beispiele
für Gewichtskraftsensoren sind in der
WO 2006/092325 ,
WO 2006/105902 ,
EP 1 742 029 oder in der
WO 2007/006364 beschrieben.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Gewichtskraftsensoren
des Sensorsystems 10 in die Sitzfläche 14 integriert.
Beispielsweise sind die Gewichtskraftsensoren 22 mit einer
mattenartigen Struktur verbunden, welche innerhalb eines Bereichs
unterhalb der Sitzfläche 14 angeordnet ist.
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Das
Sensorsystem 10 umfasst unterschiedliche Gewichtskraftsensoren 28a, 28b, 28c beispielsweise des
oben beschriebenen Typs 22. Es sind mindestens zwei Gewichtskraftsensoren
vorgesehen. Die Gewichtskraftsensoren 28a, 28b, 28c,
welche als Hardware realisiert sind, sind beabstandet voneinander
angeordnet, so dass benachbarte Gewichtskraftsensoren voneinander
entfernt sind. Sie sind so angeordnet, dass das Gewicht eines Sitzinsassen
und/oder die Position des Sitzinsassen auf dem Sitz 12 bestimmt
werden kann.
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Wie
in 3 angedeutet, umfasst das Sensorsystem 10 in
einer konkreten Ausführungsform einen Gewichtskraftsensor
FL (vorne links) des Typs 22, einen Gewichtskraftsensor
FR (vorne rechts) und einen Gewichtskraftsensor BL (hinten links).
Die hinteren Positionen sind nächstliegend zu der Sitzlehne 16.
Die Sensoren FL, FR, BL sind auf den Ecken eines Polygons wie beispielsweise
eines Rechtecks angeordnet. Eine Projektion des Polygons auf die
Sitzfläche 14 liegt innerhalb der Sitzfläche 14.
Die x-Richtung und y-Richtung in 3 geben
die Erstreckungsrichtungen der Sitzfläche 14 an.
Die Gravitationsrichtung ist senkrecht zur x-Richtung und senkrecht
zur y-Richtung (und damit senkrecht zur Zeichenebene gemäß 3).
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Die
Gewichtskraftsensoren können auf der gleichen Höhe
relativ zueinander bezogen auf die Gravitationsrichtung angeordnet
sein oder unterschiedliche Sensoren können auf unterschiedlichen
Höhen angeordnet sein.
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In
Abhängigkeit von der Struktur des Sitzes 12 und/oder
des Gewichts und/oder der Position des Sitzinsassen kann die Kraft,
welche auf die Sensoren FL, FR und BL ausgeübt wird, verschieden
sein.
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Das
Sensorsystem umfasst eine Kontrolleinrichtung 30 (3 und 7).
In 7 ist die Kontrolleinrichtung detaillierter dargestellt.
Die Kontrolleinrichtung kann dabei getrennt von den Gewichtskraftsensoren FL,
FR und BL sein. Beispielsweise ist dann die Kontrolleinrichtung 30 eine
externe Vorrichtung, welche außerhalb von Sensorgehäusen
der Gewichtskraftsensoren angeordnet ist. Bei einer alternativen
Ausführungsform ist die Kontrolleinrichtung 30 in
einen oder mehrere Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL integriert.
Die Kontrolleinrichtung 30 oder Teile der Kontrolleinrichtung 30 sind
dann innerhalb eines Sensorgehäuses des entsprechenden
Gewichtskraftsensors oder der entsprechenden Gewichtskraftsensoren
angeordnet bzw. sie können an ein Sensorgehäuse
angeschlossen sein. Bei einer solchen Ausführungsform kann
dann ein Gewichtskraftsensor oder es können mehrere Gewichtskraftsensoren
mit integrierter Kontrolleinrichtung bzw. integrierten Teilen der
Kontrolleinrichtung 30 auch Datenauswertungsvorgänge
und/oder Signalauswertungsvorgänge durchführen.
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Die
Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL sind mit der Kontrolleinrichtung über
entsprechende Signalleitungen verbunden. Die Signalleitungen können
dabei Teile eines Bussystems wie beispielsweise eines Feldbussystems
sein.
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Wenn
die Kontrolleinrichtung 30 über mehrere Gewichtskraftsensoren 22 verteilt
ist und in Gewichtskraftsensoren integriert ist, können
unterschiedliche Berechnungsaufgaben und/oder Auswertungsaufgaben unterschiedlichen
Gewichtskraftsensoren mit dem entsprechenden Kontrolleinrichtungsteil
zugewiesen werden.
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Die
Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL sind hardwaremäßig
realisiert und stellen gemessene Gewichtskraftsignale der Kontrolleinrichtung 30 bereit.
Die Kontrolleinrichtung 30 umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung 32.
Diese verarbeitet die gemessenen Gewichtskraftsignale und wertet
sie aus.
-
Es
kann dabei vorgesehen sein, dass der Datenverarbeitungseinrichtung 32 eine
Plausibilitätsprüfungseinrichtung 70 zugeordnet
und insbesondere vorgeschaltet ist (7). Durch
diese kann geprüft werden, ob die gemessenen Gewichtskraftsignale
plausibel sind. Wird hier ein negatives Ergebnis erzielt, dann kann ein
entsprechendes Signal wie beispielsweise Warnsignal abgegeben werden.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 32 und die Plausibilitätsprüfungseinrichtung 70 der
Kontrolleinrichtung 30 sind dabei allen Gewichtskraftsensoren
FL, FR, BL zugeordnet.
-
Einem
jeweiligen Gewichtskraftsensor 28a, 28b, 28c ist
eine Filtereinrichtung 72 zugeordnet. Diese dient dazu,
der Datenverarbeitungseinrichtung 32 aufbereitete Gewichtskraftsignale
bereitzustellen, welche sich zeitlich nicht oder nur langsam ("quasistationär") ändern
und sich insbesondere nicht periodisch ändern. Die Filtereinrichtung 72 umfasst
beispielsweise einen ersten Filter 74, welcher zur Ausfilterung
von zeitlich begrenzten Signalpeaks dient. Solche zeitlich begrenzten
Signalpeaks werden insbesondere durch Stöße erzeugt,
die ein Fahrzeug erfährt, wenn es beispielsweise über
ein Schlagloch fährt. Die Filtereinrichtung 72 umfasst
ferner ein dem ersten Filter 74 nachgeordnetes zweites
Filter 76, welches als Tiefpassfilter ausgebildet ist und
höchstens langsam sich zeitlich verändernde Gewichtskraftsignale
durchlässt.
-
Jedem
Gewichtskraftsensor 28a, 28b, 28c ist
eine Zeitanalyseeinrichtung 78 zugeordnet. Die jeweilige Zeitanalyseeinrichtung 78 ist
an einen Datenpfad 80 des entsprechenden Gewichtskraftsensors
angeschlossen, welcher vor der Datenverarbeitungseinrichtung 32 liegt.
Die Signale, welche in der Zeitanalyseeinrichtung 78 verarbeitet
werden, werden vor dem zweiten Filter 76 abgezweigt.
-
Die
Zeitanalyseeinrichtung 78 umfasst einen Frequenzwandler 81,
welcher aus dem zeitabhängigen, über den ersten
Filter 74 aufbereiteten gemessenen Gewichtskraftsignal
ein Frequenzspektrum erzeugt. Beispielsweise ist der Frequenzwandler 81 als
Fourieranalysator ausgebildet, welcher durch Fourieranalyse (beispielsweise
mittels Fast-Fourier-Transformation) das Frequenzspektrum erzeugt.
Dem Frequenzwandler 81 nachgeschaltet ist ein Filter 82,
welches insbesondere als Tiefpassfilter ausgebildet ist. Das Filter 82 dient dazu,
höhere Frequenzen oberhalb eines Frequenzgrenzwerts auszufiltern.
Typischerweise liegt der Grenzfrequenzwert unterhalb von ca. 30
Hz und beispielsweise unterhalb von 20 Hz. Durch den Tiefpassfilter 82 sollen nichtphysiologische
Frequenzen ausgefiltert werden. Physiologische Frequenzen in Bezug
auf einen Sitzinsassen sind beispielsweise die Atmungsfrequenz oder
Herzfrequenz im Bereich von ca. 0,1 Hz bis 2 Hz.
-
Die
Zeitanalyseeinrichtung 78 weist eine Abtastrate (Samplingrate)
auf, deren Frequenz deutlich größer ist als die
Grenzfrequenz. Beispielsweise beträgt die Abtastrate ca.
1 kHz. Dadurch lassen sich die entsprechenden "Niederfrequenz"-Signale
mit guter Auflösung erfassen.
-
Ferner
umfasst die Zeitanalyseeinrichtung 78 eine dem Tiefpassfilter 82 nachgeschaltete
Analyseeinheit 84, welche ein Zeitanalysesignal erzeugt,
das für die weitere Auswertung nutzbar ist. Das Zeitanalysesignal
enthält Informationen darüber, ob eine oder mehrere
bestimmte Frequenzen und insbesondere physiologische Frequenzen
in den entsprechenden gemessenen Gewichtskraftsignalen enthalten
waren oder nicht.
-
Den
anderen Gewichtskraftsensoren (wie beispielsweise FR und BL) ist
ebenfalls eine Filtereinrichtung 72 und eine Zeitanalyseeinrichtung 78 zugeordnet.
Dies ist in 7 durch die Elemente mit den
Bezugszeichen 86b, 86c angedeutet.
-
Es
ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass die
Kontrolleinrichtung 30 nur eine einzige Filtereinrichtung 72 und/oder
eine einzige Zeitanalyseeinrichtung 78 umfasst, welche
dann alle Gewichtskraftsensoren 28a, 28b, 28c ihre
Signale zur Aufbereitung und zeitlichen Analyse bereitstellen.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Sensorsystem wird zusätzlich
zu der Auswertung der Gewichtskraftsignale in ihrem absoluten Wert
nach Durchlaufen der Filtereinrichtung 72, welche diese
Gewichtskraftsignale im Wesentlichen zeitunabhängig macht, über
die Zeitanalyseeinrichtung 78 deren zeitlicher Verlauf
und insbesondere ein eventueller periodischer Anteil ausgewertet.
-
Die
Kontrolleinrichtung 30 umfasst eine Einheit 34,
welche mindestens einen virtuellen Gewichtskraftsensor simuliert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist
der simulierte virtuelle Gewichtskraftsensor der Sensor BR an einer
Position 36. Ein virtueller Gewichtskraftsensor ist nicht
hardwaremäßig realisiert, sondern nur softwaremäßig.
Der virtuelle Gewichtskraftsensor gibt virtuelle Gewichtskraftsignale
aus. Der virtuelle Gewichtskraftsensor BR ist in die Kontrolleinrichtung 30 eingebettet.
Ein virtueller Gewichtskraftsensor BR ersetzt beispielsweise einen
hardwaremäßig realisierten Gewichtskraftsensor 22 an
der Position 36 des Polygons, wobei die Position 36 eine
Ecke ist, welche nicht durch die hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL eingenommen ist.
-
Der
virtuelle Gewichtskraftsensor BR ist ein Ersatz für einen
Hardware-Gewichtskraftsensor auf der Position 36. An dieser
Position 36 ist der Sitz 12 an das entsprechende
Sitzbefestigungselement 18a oder 18b mit einer
geeigneten Befestigungsvorrichtung fixiert. Bei der Befestigungsvorrichtung
handelt es sich beispielsweise um einen Bolzen, eine Schraube oder
eine Schweißverbindung.
-
Die
Einheit 34 stellt virtuelle Gewichtskraftsensorsignale
bereit, welche keine Messsignale sind und auch keine aufbereiteten
Messsignale sind. Die virtuellen Gewichtskraftsignale werden unter
Zugrundelegung der gemessenen Gewichtskraftsignale mindestens eines
der Gewichtskraftsensoren FL, FR oder BL berechnet. Dazu ist mindestens
einer der Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL mit der Einheit 34 verbunden,
um gemessene Gewichtskraftsensorsignale bereitstellen zu können.
- (Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 stellen
die Gewichtskraftsensoren FL und BL ihre Messsignale der Einheit 34 bereit.)
-
Die
Einheit 34 berechnet die virtuellen Gewichtskraftsignale
unter Zugrundelegung von in einer Datenbank 38 der Kontrolleinrichtung 30 gespeicherten
Daten. Bei den gespeicherten Daten kann es sich beispielsweise um
tabellarische Werte oder gespeicherte Funktionen oder gespeicherte
Algorithmen handeln. Die gespeicherten Funktionen sind insbesondere
Interpolationsfunktionen.
-
Insbesondere
speichert die Datenbank 38 Daten, welche unterschiedlichen
Berechnungsmodi für virtuelle Gewichtskraftsignale entsprechen.
Vorteilhafterweise sind unterschiedliche Berechnungsmodi für
unterschiedliche Besetzungssituationen des Sitzes 12 zur
Verfügung gestellt.
-
Die
Datenverarbeitungseinrichtung 32 kann dazu benutzt werden,
den räumlichen Schwerpunkt der gemessenen Gewichtskraftsignale
der Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL zu bestimmen. Wenn der räumliche
Schwerpunkt der gemessenen Gewichtsanzeigen bekannt ist, dann kann
diese Information dazu benutzt werden, einen speziellen Berechnungsmodus
zur Berechnung von virtuellen Gewichtskraftsignalen auszuwählen.
-
Der
räumliche Schwerpunkt der Gewichtskraftsensorsignale ist
dabei nicht der Massenschwerpunkt für den Sitz 12 mit
einem Sitzinsassen, sondern ist eine Zwischengröße,
welche zur Weiterverarbeitung der Daten benötigt wird.
-
Mit
den berechneten virtuellen Gewichtskraftsignalen und den gemessenen
Gewichtskraftsignalen, welche von den Gewichtskraftsensoren FL,
FR und BL bereitgestellt werden, kann die Datenverarbeitungseinrichtung 32 Gewichtsdaten
und/oder Positionsdaten für den Sitzinsassen berechnen.
Insbesondere summiert die Datenverarbeitungseinrichtung 32 die
gemessenen Gewichtskraftsignale der Gewichtskraftsensoren FL, FR
und BL und das virtuelle Gewichtskraftsignal des virtuellen Gewichtskraftsensors
BR.
-
Die
Kontrolleinrichtung 30 umfasst ferner eine Klassifizierungseinrichtung 40,
welche aus den von der Datenverarbeitungseinrichtung 32 bereitgestellten
Daten Sitzbelegungs-Klassifikationsdaten berechnet, welche das Gewicht
und/oder die Position des Sitzinsassen charakterisieren. Insbesondere
stellt die Klassifizierungseinrichtung 40 Gewichtsdaten
einer Airbag-Steuerungseinrichtung bereit.
-
Zwischen
der Datenverarbeitungseinrichtung 32 und der Klassifizierungseinrichtung 40 kann
eine Filtereinrichtung 88 angeordnet sein. Durch diese
lässt sich beispielsweise eine Mittelwertbildung und/oder
Plausibilitätsprüfung durchführen.
-
Die
Klassifizierungsdaten können dabei von einer Klassifizierungsdatenmenge
umfasst sein. Insbesondere ist dann eine endliche Nummer von Mengenelementen
vorgesehen. Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel hat
die Datenmenge fünf Mengenelemente für die Klassifizierung
des Gewichts eines Sitzinsassen und ein weiteres sechstes Mengenelement
ist zur Anzeige einer Fehlfunktion vorgesehen.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind
drei hardwaremäßig realisierte Gewichtskraftsensoren
vorgesehen und ein softwaremäßig realisierter
virtueller Gewichtskraftsensor. Es ist auch möglich, dass beispielsweise
zwei hardwaremäßig realisierte Gewichtskraftsensoren
vorgesehen sind oder das mehr als drei hardwaremäßig
realisierte Gewichtskraftsensoren vorgesehen sind. Es ist ferner
auch möglich, dass mehr als ein virtueller Gewichtskraftsensor
vorhanden ist.
-
Bei
einem konkreten Ausführungsbeispiel ist die Position 36 für
einen virtuellen Gewichtskraftsensor so gewählt, dass die
entsprechende Position an der Sitzfläche 14 eine
Position ist, welche die geringsten Kräfte im Vergleich
zu anderen Positionen erfährt. Es ist aber auch möglich,
dass die Position 36 eine Position ist, welche im Vergleich
zu anderen Positionen nicht die geringsten Kräfte erfährt.
-
Das
Gewicht und/oder die Position eines Sitzinsassen wird wie folgt
bestimmt: Die Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL stellen ihre gemessenen
Gewichtskraftsignale nach Aufbereitung durch die Filtereinrichtung
72 der
Datenverarbeitungseinrichtung
32 bereit und werden dort
verarbeitet. Die Datenverarbeitungseinrichtung
32 berechnet
den räumlichen Schwerpunkt der gemessenen Gewichtskraftsignale
wie folgt:
r →i ist
dabei der Vektor der Position des hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensors i und S(i) ist das gemessene Gewichtskraftsignal
(gegebenenfalls nach Aufbereitung) des Gewichtskraftsensors i. Die
Summe geht über die Anzahl n der hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensoren, welche gemessene Gewichtskraftsignale
beitragen.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß
3 wird
der Schwerpunkt der gemessenen Gewichtskraftsignale wie folgt berechnet:
wobei
die Position des Gewichtskraftsensors BL als Ursprung verwendet
wird.
-
Der
Vektor C → hat eine X-Komponente und eine Y-Komponente.
-
Dem
Sensorsystem 10 und der Sitzfläche 14 wird
ein räumliches Datenfeld 42 zugeordnet. Dieses
Datenfeld 42 wird unterteilt in Unterfelder Q1,
Q2, Q3, Q4 usw.
-
Der
räumliche Schwerpunkt der gemessenen Gewichtskraftsignale
liegt in einem der Unterfelder, wobei das tatsächliche
Unterfeld, in welchem der räumliche Schwerpunkt liegt,
von der Sitzbelegung abhängt, und zwar von dem Gewicht
des Sitzinsassen und/oder von der Position des Sitzinsassen. Die
Einheit 34 wählt den Berechnungsmodus für
die zu berechnenden virtuellen Gewichtskraftsignale in Abhängigkeit
davon aus, in welches Unterfeld (Q1 oder
Q2 oder Q3 oder
Q4) der räumliche Schwerpunkt der
gemessenen Gewichtskraftsignale fällt.
-
4 zeigt
ein Diagramm von berechneten räumlichen Schwerpunkten der
gemessenen Gewichtskraftsignale für verschiedene Sitzbelegungsbedingungen
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3.
Man erkennt, dass der Schwerpunkt der Gewichtskraftsignale in unterschiedlichen
Positionen in Bezug auf die hardwaremäßig realisierten
Gewichtskraftsensoren FL, FR, BL liegen kann.
-
Der
Berechnungsmodus für die virtuellen Gewichtskraftsignale
basiert auf vorbestimmten Daten. Die vorbestimmten Daten sind insbesondere
spezifisch für den Sitz 12. Diese Daten sind beispielsweise
als tabellarische Werte oder als Interpolationsfunktionen zuvor
bestimmt worden und in der Datenbank 38 gespeichert. Die
vorbestimmten Daten sind insbesondere so vorbestimmt worden, dass
keine Stufe vorliegt, wenn die Grenze von benachbarten Unterfeldern überschritten
wird. Insbesondere liegt ein stetiger Übergang vor, wenn
eine Grenze überschritten wird.
-
Beispielsweise
wird das Polygon, auf dessen Ecken die hardwaremäßig
realisierten Gewichtskraftsensoren FL, FR und BL liegen und auf
dessen weiterer Ecke der virtuelle Gewichtskraftsensor BR virtuell
angeordnet ist, in zwei Unterfelder Q1 und
Q4 gleicher Größe unterteilt.
Das Unterfeld Q1 umfasst eine Ecke, auf welcher
der hardwaremäßig realisierte Gewichtskraftsensor
BL angeordnet ist, und eine Ecke, auf welcher der virtuelle Gewichtskraftsensor
BR virtuell angeordnet ist. Das Unterfeld Q4 umfasst
eine Ecke, auf welcher der Gewichtskraftsensor FL tatsächlich
angeordnet ist und eine Ecke, auf welcher der Gewichtskraftsensor
FR tatsächlich angeordnet ist.
-
Links
von dem Unterfeld Q1 ist ein Unterfeld Q2 angeordnet und rechts von dem Unterfeld
Q1 ist ein Unterfeld Q3 angeordnet.
-
Bei
einem konkreten Ausführungsbeispiel werden virtuelle Gewichtskraftsignale
von dem virtuellen Gewichtskraftsensor BR unter Zugrundelegung der
gemessenen Gewichtskraftsignale von dem Gewichtskraftsensor BL verwendet,
wenn der räumliche Schwerpunkt der gemessenen Gewichtskraftsignale
in die Unterfelder Q1 oder Q2 oder
Q3 fällt. Der Berechnungsmodus
für Q1, Q2 und
Q- ist jedoch unterschiedlich.
-
5 zeigt
Messwerte (Punkte), wenn anstelle des virtuellen Gewichtskraftsensors
BR ein hardwaremäßig realisierter Gewichtskraftsensor
verwendet wird. Solch eine Messung wird als eine Art Kalibrierungsmessung
durchgeführt, um die Daten für die Berechnungsmodi
zu bestimmen. Aus 5 ist ersichtlich, dass die
Unterfelder Q1, Q2 und
Q3 unterschiedliche Charakteristika haben.
-
Aus
den gemessenen Daten werden dann Interpolationsfunktionen 44, 46, 48 bestimmt.
Diese Funktionen sind abhängig von dem Unterfeld. Sie werden
in der Datenbank 38 gespeichert. Beispielsweise sind die Interpolationsfunktionen 44, 46, 48 multipolyminale
Interpolationsfunktionen.
-
6 zeigt
die gemessenen Daten (Punkte), wenn ein hardwaremäßig
realisierter Gewichtskraftsensor anstelle des virtuellen Gewichtskraftsensors
BR verwendet wird und eine Interpolationsfunktion 50. Die
Interpolationsfunktion 50 ist eine grobe Näherung.
Bessere Näherungen können, falls notwendig, verwendet werden.
-
Wenn
das Gewicht oder die Position eines Sitzinsassen des Sitzes 12 mit
dem Sensorsystem 10 bestimmt wird, werden nur die Funktionen 44, 46, 48, 50 verwendet.
Die Einheit 34 berechnet die virtuellen Gewichtskraftsignale
S(BR) = f(C →) unter Verwendung der Funktionen 44, 46, 48, 50.
Welche Funktion verwendet wird, hängt davon ab, in welches
Unterfeld (Q1, Q2,
Q3 oder Q4) der
räumliche Schwerpunkt der gemessenen Gewichtskraftsignale
fällt.
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Nach
Berechnung der virtuellen Gewichtskraftsignale stellt die Einheit 34 diese
Ergebnisse der Datenverarbeitungseinrichtung 32 bereit.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 32 kombiniert die gemessenen
Gewichtskraftsensorsignale (nach Aufbereitung durch die Filtereinrichtung 72)
und die virtuellen Gewichtskraftsignale, die zusammengehören.
Insbesondere stellt die Datenverarbeitungseinrichtung 32 ein
Summensignal F = S(BR) + S(FL) + S(FR) + S(BL) bereit. Dieses Signal
charakterisiert das Gewicht des Sitzinsassen.
-
Die
Klassifizierungseinrichtung 34 wandelt dieses Gewichtskraftsignal
in Klassifizierungsdaten um, welche einer Airbag-Steuereinrichtung
bereitgestellt werden können.
-
Das
Sensorsystem 10 umfasst mindestens zwei beabstandete Gewichtskraftsensoren 22.
Unter Verwendung von gemessenen Gewichtskraftsignalen mindestens
eines dieser hardwaremäßig realisierten Gewichtskraftsensoren
können virtuelle Gewichtskraftsignale berechnet werden.
Dadurch lässt sich ein virtueller Gewichtskraftsensor simulieren,
wobei der Simulation die tatsächlichen gemessenen Gewichtsdaten
zugrunde liegen. Der virtuelle Gewichtskraftsensor stellt keine
gemessenen Gewichtskraftsignale bereit, aber virtuelle, auf Rechnungen
basierende Gewichtskraftsignale.
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Die
Art und Weise, wie virtuelle Gewichtskraftsignale berechnet werden,
hängt davon ab, wo der Schwerpunkt der gemessenen Gewichtskraftsignale
von hardwaremäßig realisierten Gewichtskraftsensoren liegt.
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Es
lässt sich dadurch eine geringe Anzahl von Gewichtskraftsensoren
verwenden, um beispielsweise das Gewicht eines Sitzinsassen zu bestimmen.
Beispielsweise reichen zwei oder drei Gewichtskraftsensoren aus,
um das Gewicht eines Sitzinsassen zu ermitteln. "Fehlende" Gewichtskraftsensoren
werden durch einen oder mehrere virtuelle Gewichtskraftsensoren
in der Kontrolleinrichtung 30 softwaremäßig
simuliert. Auf diese Weise kann das Sensorsystem 10 kostengünstig
realisiert werden. Es kann auf einfache Weise hergestellt und montiert
werden. Außerdem kann es auf einfache Weise gewartet werden
und es arbeitet zuverlässiger.
-
Es
ist dabei grundsätzlich möglich, dass ein hardwaremäßig
realisierter Gewichtskraftsensor und ein virtueller Gewichtskraftsensor
an der gleichen Position liegen. Der hardwaremäßig
realisierte Sensor liegt physikalisch dort und der virtuelle Gewichtskraftsensor
wird an dieser Position simuliert, d. h. dort virtuell positioniert.
Dadurch kann über die virtuellen Gewichtskraftsignale der
hardwaremäßig realisierte Gewichtskraftsensor
auf Fehlfunktion und dergleichen überwacht werden.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorgesehen,
dass auch die von der Zeitanalyseeinrichtung 78 bereitgestellten
Zeitanalysedaten zur Auswertung verwendet werden. Diese Analysedaten
werden der Klassifizierungseinrichtung 40 bereitgestellt,
wie in 7 durch die Signalleitung mit dem Bezugszeichen 90 angedeutet.
Es werden dadurch Zusatzinformationen zusätzlich zu den
absoluten Gewichtskraftdaten (Teilgewichtsdaten) bereitgestellt.
(Die absoluten Gewichtsdaten der Gewichtskraftsensoren FL, FR und
BL sind Teilgewichtsdaten; wie oben erwähnt muss die Gewichtsinformation
und auch die Sitzbelegungsinformation aus den Gewichtsdaten mehrerer
Gewichtskraftsensoren ermittelt werden.)
-
Durch
die Zeitanalyseeinrichtung 78 lässt sich ermitteln,
ob ein Mensch oder ein Gegenstand auf dem Sitz 12 positioniert
ist. In der Zeitanalyse ist der Herzschlag und/oder die Atmung eines
Sitzinsassen als entsprechende Frequenz in der Größenordnung
von 1 Hz sichtbar. Weiterhin lassen sich über die entsprechenden Zeitinformationen,
d. h. Frequenzinformationen, Sitzbelegungsinformationen herleiten.
Wenn beispielsweise ein einzelner Gewichtskraftsensor eine ausgeprägtere
physiologische Frequenz im Frequenzspektrum hat, dann deutet dies
darauf hin, dass ein Sitzinsasse mit seinem Schwerpunkt näher
zu diesem Gewichtskraftsensor ist als zu anderen Gewichtskraftsensoren
ist.
-
Durch
die Zeitanalyseeinrichtung 78 lassen sich insbesondere
in einem Sensorsystem 10, welches weniger als vier hardwaremäßig
realisierte Gewichtskraftsensoren 22 umfasst, verwertbare
Zusatzinformationen ermitteln.
-
Ferner
ist es auch möglich, über die bereitgestellten
Zeitanalysedaten eine Plausibilitätsprüfung durchzuführen.
Es kann geprüft werden, ob die bereitgestellten Gewichtsdaten
plausibel sind, um gegebenenfalls ein Warnsignal abzugeben.
-
Es
kann dabei vorgesehen sein, dass die Zeitanalyseeinrichtung 78 eine
Schalteinrichtung 92 umfasst. Diese Schalteinrichtung kann
als "entweder/oder"-Schalter oder als "und/oder"-Schalter ausgebildet sein.
-
Durch
die Schalteinrichtung 92 ist es beispielsweise möglich,
auch der Einheit 34 Zeitanalysedaten (insbesondere Frequenzdaten)
bereitzustellen, um diese bei der Simulation eines virtuellen Sensors
verwenden zu können.
-
Ferner
ist es alternativ oder zusätzlich möglich, durch
die Schalteinrichtung 92 der Datenverarbeitungseinrichtung 32 Zeitanalysedaten
bereitzustellen. Dies kann bei der Berücksichtigung der
Berechnung des Schwerpunkts der gemessenen Gewichtskraftsignale
berücksichtigt werden bzw. bei der Summierung.
-
Ferner
ist es alternativ oder zusätzlich möglich, über
die Schalteinrichtung 92 Frequenzdaten der Plausibilitätsprüfungseinrichtung 70 bereitzustellen.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich
zu dem absoluten Wert der gemessenen Gewichtskraftsignale, welcher
ein Teilgewicht des Sitzinsassen charakterisiert, der zeitliche
Verlauf insbesondere im Zusammenhang mit physiologischen Frequenzen
ausgewertet. Die erhaltenen Zusatzinformationen lassen sich zur Überprüfung
von hardwaremäßig realisierten Gewichtskraftsensoren
verwenden. Ferner können die gewonnenen Zeitanalysedaten
zur Klassifizierung der Sitzbelegung verwendet werden. Weiterhin
ist es möglich, die Zeitanalysedaten bei der Berechnung
des Gesamtgewichts zu nutzen.
-
Die
Durchführung der Zeitanalyse lässt sich softwaremäßig
auf einfache Weise realisieren.
-
Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich
zu unterscheiden, ob der Sitzinsasse eine erwachsene Person oder
ein Kind ist oder ob es sich um eine nichtlebende Last auf dem Sitz 10 handelt.
Unter Verwendung der Zeitanalysedaten kann dann auf einen Gurtkraftsensor
(BTS) verzichtet werden. Dies ist beispielsweise bei Applikationen
von Vorteil, bei denen der Gurtkraftsensor nicht an einem Sitzobergestell
befestigt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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