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Die Erfindung betrifft eine Kopfstütze mit einer Verstellvorrichtung zur Einstellung der Kopfstütze in Bezug auf eine Kopfposition eines Fahrgastes nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Aus der
DE 199 16 804 C1 ist bereits eine Vorrichtung zum Justieren einer Fahrzeugkopfstütze bekannt, bei der innerhalb der Kopfstütze zwei Kondensatorplatten übereinander angeordnet sind, die gleichphasig erregt werden, und ein Ausgangssignal in Abhängigkeit einer Kopfposition liefern. Zur Justierung wird die Kopfstütze solange in ihrer Höheposition verändert, bis die Sensorsignale der beiden Kondensatorplatten im Wesentlichen gleich groß sind.
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Aus der
DE 10 2006 023 102 A1 ist eine Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz mit drei übereinander angeordneten Elektroden bekannt. Zur Bestimmung der Kopfposition werden die Elektroden immer nur paarweise betrieben. in einer ersten Messung wird der Wechselstrom über die obere und untere Elektrode und in einer zweiten über die untere und mittlere Elektrode gemessen. Eine optimale Position der Kopfstütze wird erkannt, wenn die Wechselströme gleich groß sind.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2007 039 659 B3 ist ferner eine Kopfstütze für einen Sitz bekannt, bei der für die Erkennung der Position eines Kopfes mindestens zwei Signalelektroden und im rückwärtigen Bereich der Kopfstütze eine Kompensationskondensatoreinrichtung vorgesehen ist. Die Kompensationsvorrichtung weist für jede Signalelektrode eine mit einer Auswerteelektronik verbundene Kompensationselektrode zur Erfassung von Ladungsänderungen auf, wobei die Auswerteelektronik in Abhängigkeit der an der Signal- und Kompensationselektrode erfassten Ladungsänderungen eine Einstellung der Kopfstütze vornimmt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Justiervorrichtung mit hoher Störtoleranz und guter Einstellgenauigkeit in Höhe und Abstand zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße Kopfstütze mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst, indem die Kopfstütze eine Verstellvorrichtung zur Einstellung der Kopfstütze in Bezug auf eine Kopfposition eines Fahrgastes aufweist, wobei mindestens zwei Elektroden übereinander angeordnet sind und in bestimmten Bereichen der Kopfstütze Feldbeeinflussungselemente angeordnet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass durch geeignete Platzierung von Feldbeeinflussungselementen in bestimmten Bereichen der Kopfstütze, Störeinflüsse, die das beim Betrieb der Elektroden erzeugte Messfeld beeinflussen, ausgeblendet oder reduziert werden können.
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Derartige Feldbeeinflussungselemente können in vorteilhafter Weise realisiert werden, indem ein Polster, das die Elektroden in Richtung Kopfseite abdeckt, in Bereiche mit unterschiedlicher Leitfähigkeit aufgeteilt wird. Das Messfeld wird im Wesentlichen durch die Bereiche beeinflusst, die gegenüber dem umgebenden Polster eine höhere Leitfähigkeit aufweisen. Ein solcher Bereich dient somit als Feldbeeinflussungselement.
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Die Feldbeeinflussungselemente sind vorzugsweise im Bereich der Elektroden angeordnet und weisen dort im Vergleich zum umgebenden Polster, eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Durch eine derartige Anordnung kann die Feldwirkung der Elektroden über die leitfähigen Bereiche des Polsters weiter nach außen getragen bzw. in seinem Ausbreitungsverhalten beeinflusst werden.
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Zur Beeinflussung des Messfeldes ist ein elektrischer Kontakt mit den Elektroden nicht erforderlich. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch von Vorteil sein, die leitfähigen Bereiche elektrisch mit den Elektroden zu verbinden. In diesem Fall wirken die so kontaktierten leitfähigen Bereich im Wesentlichen wie eine Elektrode.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Feldbeeinflussungselemente als Dielektrikum mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ausgebildet. Vorzugsweise sind derartige Dielektrika im Polster der Kopfstütze eingearbeitet, wobei die Kopfstütze analog zu den elektrisch leitfähigen Bereichen, Bereiche mit unterschiedlichen hohen Dielektrizitätskonstanten aufweist.
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Vorteilhaft ist es auch, ein Feldbeeinflussungselement als Abschirmelektrode auszuführen, die vorzugsweise zwischen einer Sendeelektrode und einer Empfangselektrode angeordnet ist. Die Abschirmelektrode kann auch im Polsterbereich der Kopfstütze angeordnet sein, und insbesondere auch als Bereich mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet sein. Zur Realisierung einer abschirmenden Wirkung ist die Abschirmelektrode mit einem Bezugspotenzial, vorzugsweise einem Massepotenzial verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Feldbeeinflussungselemente als Kompensationselektroden auszuführen, wobei diese Elektroden mit einem Kompensationspotenzial verbunden sind, das in einer festen Phasenbeziehung zum Sendepotential der Sendeelektroden steht. Das Kompensationspotenzial kann aber auch ohne irgendeine Phasenbeziehung zum Sendesignal sein und zeitlich separat erzeugt werden, so dass die daraus gewonnenen Messwerte erst im Steuergerät verarbeitet werden. Vorzugsweise sind die Kompensationselektroden zwischen einer Sende- und Empfangselektrode angeordnet. Auch hier ist es denkbar, derartige Elektroden im Polster der Kopfstütze, beispielsweise als elektrisch leitfähige Zone zu realisieren.
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Die Kompensationselektrode weist vorzugsweise eine kleinere Fläche als die Sendeelektrode auf. Weiterhin können zusätzlich zur Kompensationselektrode weitere Feldbeeinflussungselemente vorhanden sein, wie beispielsweise mindestens eine weitere Abschirmelektrode und/oder auch leitfähige Bereiche im Polster.
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Ferner ist ein Steuergerät zum Betreiben einer verstellbaren Kopfstütze mit einem Verstärker, einem Analog-Digital-Wandler und einer Steuereinheit vorgesehen. Die Steuereinheit ist typischerweise mit einer Sendeelektrode verbunden, und weist Mittel zur Bereitstellung bzw. Erzeugung eines Sendepotenzials bzw. Sendsignals auf. Der Verstärker ist typischerweise mit der Empfangselektrode verbunden und ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass eine Verstärkung des Empfangssignals im Wesentlichen nur im Bereich der Arbeitsfrequenz erfolgt.
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Zum Betreiben einer Kompensationselektrode weist das Steuergerät zudem Mittel zur Bereitstellung eines Kompensationspotenzials bzw. -signals auf. Das Kompensationssignal ist vorzugsweise zum Sendepotenzial phasenverschoben, insbesondere um 180°.
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Das Steuergerät ist vorteilhaft Bestandteil der Kopfstütze und derart ausgestaltet, dass in Abhängigkeit von Signalen der Elektrodenanordnung eine Einstellung der Kopfstütze erfolgt.
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Im Einstellbetrieb ist es vorgesehen, die Sendeelektroden vorzugsweise diskontinuierlich und insbesondere kürzer als eine Sekunde mit Signalen zu beaufschlagen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass diskontinuierliche Störsignale nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit während des Einstellbetriebs bzw. Sende- und Empfangsbetriebs der Elektroden aufscheinen.
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Zur Analyse der aktuellen Störsituation kann dennoch auch ein kontinuierlicher Empfangsbetrieb herangezogen werden.
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Vorteilhaft sind für einen Einstellbetrieb der Kopfstütze zwei Verstellschritte vorgesehen, wobei in einem der Kopfabstand und im anderen ein Höhenoptimum eingestellt. wird. Abhängig von den Empfangssignalen der Empfangselektrode kann entschieden werden, welcher Verstellschritt zuerst durchgeführt wird. Alternativ dazu können bei entsprechender kontinuierlicher Bewertung der Messsignale auch beide Achsen gleichzeitig verstellt werden, um Zeit im gesamten Einstellvorgang einzusparen.
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Es zeigen schematisch:
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1 eine erfindungsgemäße Kopfstütze,
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2 ein Steuergerät zum Betreiben einer kapazitiven Kopfdetektion,
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3 eine erfindungsgemäße Kopfstützenpolsterung,
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4 eine erfindungsgemäße Elektrodenkonfiguration,
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5 mögliche Ausgangssignale bzw. Sendesignale des Steuergeräts.
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6 eine Kopfstütze mit zwei Abschirmelektroden,
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7 eine Kopfstütze mit zwei zusätzlichen Kompensationselektroden.
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1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäße Kopfstütze 1 mit einer Elektrodenanordnung 10 bestehend aus einer oberen, mittleren und unteren Elektrode 11, 12, 13, die mit einem Steuergerät 50 elektrisch verbunden sind. Die Kopfstütze 1 ist höhenverstellbar über eine Stütze 210 mit einer Lehne 200 eines Fahrzeugsitzes verbunden. Die Kopfstütze 1 ist vorzugsweise elektromotorisch in ihrer Höhe h und im Kopfabstand a verstellbar.
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Zur Erkennung der Position der Kopfstütze 1 relativ zum Kopf 100 werden die Elektroden in geeigneter Weise mit Signalen beaufschlagt, wobei wenigstens eine Elektrode als Sendeelektrode und wenigsten eine Elektrode als Empfangselektrode geschaltet ist.
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Vorzugsweise dienen die obere und untere Elektrode 11, 13 als Sendeelektrode und die mittlere Elektrode 12 als Empfangselektrode. Im dargestellten Beispiel weisen die Sendeelektroden 11, 13 eine größere Fläche als die Empfangselektrode 12 auf. Je nach Ausgestaltung kann die Fläche der Sende- und Empfangselektroden auch gleich groß gewählt werden oder ggf. sogar umgekehrte Größenverhältnisse aufweisen. Die Abstände zwischen den Elektroden sind vorzugsweise äquidistant.
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Zur Bestimmung des Kopfabstandes ist es vorgesehen, die Elektroden in einem Abstandsmodus zu betreiben, während zur Einstellung einer geeigneten Kopfstützenhöhe h die Elektroden in einem Höhenmodus betrieben werden.
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Zur Einstellung des Kopfabstandes a im Abstandmodus wird vorzugsweise das Summensignal der Elektroden herangezogen, und für die Einstellung der Kopfstützenhöhe h im Höhenmodus vorzugsweise das Differenzsignal.
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Zur Signalerzeugung in den verschiedenen Modi können die Elektroden entweder gleichzeitig oder auch alternierend mit Signalen beaufschlagt werden.
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Bei einem gleichzeitigen Betrieb der Elektroden ist es vorzugsweise vorgesehen, zur Bildung des Summensignals die Sendeelektroden 11, 13 gleichphasig zu betreiben. Zur Bildung des Differenzsignals können die Sendeelektroden mit Signalen unterschiedlicher Phasenlage, insbesondere auch gegenphasig, beaufschlagt werden.
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Die Genauigkeit des Differenzsignals kann weiter verbessert werden, wenn die unterschiedliche Phasenlage der Sendesignale in einem weiteren Messmodus zusätzlich definiert geändert wird. Dadurch können beispielsweise Symmetriefehler, die durch Bauteil- oder Mechaniktoleranzen verursacht werden, erfasst und kompensiert werden. Aus einer entsprechenden Kalibriermessung kann dann ein Korrekturwert gewonnen werden, der die Genauigkeit des Systems erhöht.
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Bei einem alternierenden Betrieb kann die Phase der Signale unberücksichtigt bleiben. Das Summen- bzw. das Differenzsignal wird durch entsprechende Algorithmen im Steuergerät anhand der erfassten Signale gebildet.
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Ein solches Vorgehen hat insbesondere den Vorteil, dass nur ein einziger Signalweg für das Sendesignal benutzt werden kann, der dann nach Bedarf elektronisch alternierend auf die eine oder die andere Sendeelektrode umgeschaltet werden kann. Dadurch kann der Einfluss von Bauteiltoleranzen zwischen zwei verschiedenen Signalwegen minimiert werden.
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Zur Einstellung der Kopfstütze ist es beispielsweise vorgesehen, zunächst in einem ersten Schritt die Höhe der Kopfstütze bis zum Erreichen eines Höhenoptimums zu verstellen. Hierzu werden die Elektroden im Höhenmodus betrieben. In einem zweiten Schritt wird der Kopfabstand a im Abstandsmodus auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Da nun von einem optimalen Abstand ausgegangen werden kann wird zur Feinjustierung die Höhe der Kopfstütze im Höhenmodus erneut justiert.
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Ferner ist es zur Einstellung der Kopfstütze auch denkbar, zuerst Summen- und Differenzsignale zu erfassen, und anhand der ausgewerteten Signale zu entscheiden, welche Verfahrwege zuerst durchgeführt werden soll. Insbesondere kann es vorgesehen sein, bei einem schwachen Summensignal die Kopfstütze zunächst in Kopfrichtung zu bewegen, bis ein ausreichendes Signal vorliegt.
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Genau so ist es denkbar, in einem Kombinationsmodus, also im schnellen Wechsel miteinander sowohl Summen- als auch Differenzsignale quasi zeitgleich zu erfassen und im quasi kontinuierlichen Betrieb beide Verstellmodi, Höhen- und Abstandsmodus gleichzeitig auszuführen, um insgesamt Einstellzeit einzusparen.
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Es können auch verschiedene Modi zeitlich nacheinander oder der jeweiligen Einstellsituation flexibel angepasst ausgeführt werden, beispielsweise zuerst Kombinationsmodus, um Zeit zu sparen, dann nur noch Abstandsmodus und am Schluss wieder Höhenmodus zur Feineinstellung.
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Liegt kein plausibles oder gar kein Signal vor, verfährt die Kopfstütze in eine Default-Position, die standardmäßig die größte Sicherheit für die Mehrzahl der Benutzer bietet.
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In 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Steuergerät 50 mit einem Verstärker 52 einem Analog-Digital-Wandler 54 und einer Steuerungseinheit 56, vorzugsweise einem Mikroprozessor, gezeigt. Der Analog-Digital-Wandler 54 kann auch Bestandteil der Steuerungseinheit 56 sein. Im dargestellten Beispiel erzeugt die Steuereinheit 56 eine Wechselspannung, die der oberen und unteren Elektrode 11, 13 zur Abstrahlung zugeleitet wird. Als Empfangselektrode dient die mittlere Elektrode 12, deren Signale über einen Verstärker 52 und einem Analog-Digital-Wandler 54 der Steuereinheit 56 zur Verfügung gestellt werden. Die Steuereinheit 56 leitet in Abhängigkeit der an der Empfangselektrode empfangenen Signale beispielsweise Steuersignale an eine Verstellvorrichtung der Kopfstütze weiter. Hier besteht die Möglichkeit, dass die Steuereinheit 56 die Verstellvorrichtung und ggf. die Elektromotoren zur Verstellung der Kopfstütze direkt ansteuert, oder Steuersignale einem weiteren, hier nicht näher bezeichneten Steuergerät der Verstellvorrichtung zur Verfügung stellt.
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Ferner sind im Steuergerät 50 oder in der Steuereinheit 56 Mittel zur Erzeugung eines Sendepotenzials bzw. Signals vorgesehen. Ein solches Mittel kann beispielsweise durch einen entsprechenden Mikroprozessor oder eine Leistungsendstufe realisiert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die obere und untere Elektrode 11, 13 abwechselnd betrieben, so dass die Empfangselektrode 12 abwechselnd das obere und untere Strahlungsfeld empfängt. Ohne ein beeinflussendes Element im Strahlungsbereich der Sendeelektroden 11, 13 ist an der Empfangselektrode 12 in beiden Betriebszuständen im Wesentlichen das gleiche Empfangssignal zu erwarten. Befindet sich ein zu detektierender Kopf im Strahlungsbereich der Sendeelektroden 11, 13 ist die Feldausbreitung behindert, so dass abhängig vom Abstand und von der Höhe des Kopfes in Relation zu den Elektroden unterschiedliche Empfangssignale erfasst werden.
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Zur Auswertung der Signale ist es vorgesehen, die Signale zunächst zu verstärken und zu digitalisieren. In der Steuereinheit werden die Signale erfasst und weiter verarbeitet.
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Insbesondere kann es vor einer weiteren Signalverarbeitung vorgesehen sein, beispielsweise über Software-Filter Störsignale auszublenden.
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Weiterhin ist es von Vorteil, eine erste Filterung bereits im Verstärker durchzuführen. Vorteilhaft ist der Verstärker so ausgelegt, dass im Wesentlichen nur die Nutzfrequenzen verstärkt und die Störquellen ausgeblendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante ist es vorgesehen, in der Steuereinheit die empfangenden Signale zusätzlich im Hinblick auf Störungen zu beurteilen.
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Beispielsweise kann es vorgesehen sein, bei einem erkannten Störer die Arbeitsfrequenz zu wechseln. Zur Auswahl einer geeigneten Arbeitsfrequenz kann es ferner vorgesehen sein, die Seitenbänder des empfangenden Signals zu analysieren und in Abhängigkeit des jeweilig gestörten Seitenbandes eine geeignete neue Arbeitsfrequenz zu wählen. Beispielsweise könnte es bei einem gestörten oberen Seitenband vorgesehen sein, zu einer tieferen Arbeitsfrequenz zu wechseln.
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Sollte der Störer eine derart hohe Amplitude besitzen, dass der Verstärker in die Sättigung gerät, ist es vorgesehen, die Verstärkung sukzessive zurückzunehmen, bis ein auswertbares Signal vorliegt. Alternativ dazu kann auch, insbesondere bei mehrstufigen Verstärkern, einfach der Ausgang einer vorhergehenden Verstärkerstufe benutzt werden.
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Auch kann es vorgesehen sein, die Arbeitsfrequenzen unabhängig von möglichen Störern, zufällig oder nach einem bestimmten Muster zu wechseln, um bereits im Vorfeld die Wahrscheinlichkeit einer Störung zu reduzieren.
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In einer weiteren Ausführung kann es vorgesehen sein, die Arbeitsfrequenzen so stark zu ändern, dass die Wechselwirkung mit dem zu messenden Objekt – Kopf – deutlich verändert sind. Beispielsweise ist es denkbar, die Arbeitsfrequenz von 100 kHz auf 1 Mhz, 10 Mhz oder höher zu wechseln. So ist es möglich, Störungen leichter zu eliminieren und die Qualität der Messergebnisse aufgrund unterschiedlicher physikalischer Rahmenbedingungen zu verbessern.
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Ferner ist es vorteilhaft eine Arbeitsfrequenz zu wählen, die außerhalb der üblicherweise zu erwartenden Störquellen wie Rundfunksender usw. liegt. Zu bevorzugen sind deshalb Arbeitsfrequenzen kleiner 150 kHz.
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Auch im Hinblick auf mögliche Störemissionen des Sensorsystems ist es vorteilhaft, die Arbeitsfrequenz möglichst außerhalb der üblichen Rundfunkbänder zu legen, so dass möglicherweise in der Nähe des Sensorsystems betriebene Funkdienste möglichst nicht gestört werden.
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Zur Ausblendung zufälliger Störungen, beispielsweise schneller Transienten, pulsartiger Störungen oder so genannter Bursts, ist es ferner vorgesehen, die Signalaussendung auf kurze Intervalle – beispielsweise kleiner 1 Sekunde oder vorzugsweise kleiner 100 oder 10 Millisekunden – zu beschränken.
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Außerdem kann zu diesem Zweck eine intelligente Erkennung der auf solche Weise beeinflussten Messsignalsequenzen erfolgen, so dass die daraus abgeleiteten Messwerte als ungültig verworfen werden können, dagegen Messwerte, die direkt davor oder danach auftreten und entsprechende Qualitätskriterien aufweisen, sehr wohl in die normale Auswertung eingehen können.
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Im Hinblick auf den Wunsch nach großer Reichweite und hoher Einstellgenauigkeit können weiterhin die Voraussetzungen dafür verbessert werden, wenn die durch die Bauraumbegrenzung zur Verfügung stehende Elektrodenfläche so groß wie möglich gestaltet wird.
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Zu diesem Zweck können in das Polster vor den Elektroden leitfähige Bestandteile eingebracht werden, um die elektrische Größe des Elektrodensystems zu maximieren, bzw. um den Abstand zum Objekt zu minimieren.
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In 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Polsters 20 mit Feldbeeinflussungselement 21, 22, 23 gezeigt. Das Polster 20 deckt im Wesentlichen die Elektroden in kopfseitiger Richtung ab. Die Feldbeeinflussungselemente unterteilen das Polster in Bereiche mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften und sind vornehmlich in den Bereichen vor den Elektroden angeordnet. Das Polster kann bei gezielter Ausgestaltung in innerer Struktur oder Formgebung auch selbst schon aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften bereits ein Feldbeeinflussungselement darstellen.
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Die Feldbeeinflussungselemente dienen zur elektrischen Verlängerung bzw. Vergrößerung der Elektroden 10 in Richtung des zu detektierenden Kopfes 100.
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Beispielsweise können die Feldbeeinflussungselemente als Polsterbereiche mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ausgestaltet sein. Die Leitfähigkeit des Polsters kann beispielsweise in nicht abschließender Aufzählung durch Einbringen von Kohlefasern, Metallfasern, leitfähiger Partikel, Folie, Kunststoffe oder Schäume beeinflusst werden.
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In einer vergleichbaren Weise wirksam können die Feldbeeinflussungselemente auch als Bereiche mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ausgebildet sein. Als Materialen eigenen sich hier insbesondere Glasfasern oder vergleichbare Materialen, die sich ohne weiteres in das Polster integrieren lassen.
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Die in der Zeichnung dargestellte, ovale Anordnung der Feldbeeinflussungselemente ist nur beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich können die Bereiche auch in einer anderen Art und Weise gestaltet werden. Insbesondere ist es denkbar, dass ein Bereich von der Elektroden- bis zur Kopfseite durchgängig leitfähig ist. Der Polsterbereich zwischen den leitfähigen Bereichen sollte möglichst nichtleitend ausgestaltet sein.
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Auch ist es denkbar, die Leitfähigkeit kontinuierlich zu den Bereichsgrenzen abnehmen zu lassen.
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Ferner könnte auch durch gezielte Ausgestaltung eines üblichen Polstermaterials in Dichte, Dicke und/oder Form die elektrischen und insbesondere die dielektrischen Eigenschaften des Polsters beeinflusst werden. Beispielsweise kann über die Porengröße des Polsterschaums ein einfacher Art und Weise die Dichte des Materials eingestellt werden. Selbstverständlich können auch elektrisch leitfähige Bereiche derart verändert werden.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, die Feldbeeinflussungselemente abhängig von der benutzten Arbeitsfrequenz auszugestalten. Insbesondere kann es bei hohen Frequenzen vorgesehen sein, die leitfähigen Bereiche bzw. die Bereiche erhöhter Dielektrizität antennenartig auszubilden, um die Richtwirkung der Sendeelektroden zu verstärken.
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Ferner kann es vorgesehen sein, dass die leitfähigen Bereiche im Polster selbst die Elektroden bilden. Beispielsweise könnte auf die typischerweise als Metallstreifen ausgebildeten Elektroden verzichtet werden und durch leitfähige Bereiche, insbesondere leitfähige Schäume, ersetzt werden.
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Auch kann es vorgesehen sein, dass ein Teil der Elektroden in den leitfähigen Bereichen im Polster realisiert ist, und ein anderer Teil der Elektroden herkömmlich als Leiterstreifen ausgebildet ist.
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Des Weiteren ist es auch möglich, die elektrisch leitfähigen Bereiche im Polster elektrisch mit den Elektroden zu verbinden
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Im Weiteren ist das Elektrodensystem nicht auf drei Elektroden beschränkt, sondern kann auch auf mehrere Elektroden ausgedehnt werden.
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Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, den Elektroden eine Ausrichtung zu geben.
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4 zeigt exemplarisch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrodensystems 11, 12, 13. Die Elektrode besteht aus einem nicht leitfähigem Träger 15, der beidseitig mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 16, 17 versehen ist. Die kopfseitige Beschichtung 16 ist elektrisch mit dem Steuergerät 50 und die rückwärtige Beschichtung 17 mit einem Bezugspotential verbunden. Die rückwärtige Beschichtung 17 dient hier vornehmlich als Abschirmung gegen unerwünschte Störaussendung; sie verbessert jedoch auch die Richtwirkung der Sende- bzw. Empfangselektroden und unterdrückt somit die unerwünschte Sensitivität gegen Annäherung von der Rückseite und von der Seite.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein, zum Zwecke erhöhter Genauigkeit einen automatischen Abgleich des Systems auszuführen, der vorzugsweise dann stattfindet, wenn bekannt ist, dass sich sicher keine Person auf dem Sitz befindet. Die aus diesem automatischen Abgleich gewonnenen Messwerte können als Korrekturwerte dienen, um den Einfluss von Material- und Bauteilalterung oder von Feuchtigkeit und Verschmutzung zu kompensieren.
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Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein automatischer Abgleich des Systems auch ohne Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen erfolgen. Zu diesem Zwecke können in bestimmte Schaltungsteile genau definierte Kalibriersignale eingespeist werden, damit aus den gemessenen Resultaten Korrekturdaten für die gemessenen, objektabhängigen Rohwerte gewonnen werden können. Diese Kalibriermessungen können beispielsweise durch bestimmte Zeitpunkte oder durch bestimmte Ereignisse getriggert werden oder auch in schneller Folge, also quasi kontinuierlich, zwischen den eigentlichen Sensormessungen erfolgen.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein, spezielle Elektroden zwischen den Sende- und Empfangselektroden 11, 12, 13 und/oder auch im Bereich des Polsters zu platzieren, mit deren Hilfe beispielsweise Korrekturwerte zur Kompensation von sich ändernden Materialeigenschaften gewonnen werden können.
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Zusätzlich kann es ferner vorgesehen sein, spezielle Elektroden im Außenbereich der Kopfstütze zu platzieren, die der Kompensation von unerwünschter seitlicher und rückseitiger Beeinflussbarkeit dienen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vorteilhaft vor, die Elektroden und auch die Steuergeräteschaltung auf einem gemeinsamen Träger anzuordnen. Dieser Träger kann beispielsweise als Platine oder auch als flexible Leiterplatte bzw. -folie ausgeführt sein.
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In 5 ist ein mögliches Ausgangssignal bzw. Sendesignal S_1F gezeigt, das von der Steuereinheit erzeugt und auf die Sendeelektroden 11, 13 gebracht wird. In bekannter Weise erzeugen Rechteckimpulse auch ein Frequenzspektrum oberhalb der Grundfrequenz. Insbesondere sind ungerade Vielfache der Grundfrequenz zu beobachten. Bei einer Grundfrequenz von 100 kHz sind auch Signale bei 300 kHz, 500 kHz und weitere zu beobachten. Hier sind insbesondere die der Grundfrequenz nahen Frequenzen störend. Erfindungsgemäß ist das Steuergerät so ausgestaltet, dass die Grundfrequenz mit mindestens dem ersten höheren Vielfachen der Grundfrequenz invers und mit geeigneter Amplitude überlagert wird. In 3 ist dies mit dem dritten Vielfachen S_3F gekennzeichnet. Das nachträgliche Herausfiltern der dreifachen Grundfrequenz entfällt dann, weil diese bereits durch gegenphasige Überlagerung entfernt wurde. Das Ausgangssignal S_A2 erscheint dann bei periodischer Fortsetzung der beiden Signale S_1F und S_3F als Summe dieser beiden Signale. Bei Bedarf kann das Summensignal S_A2 noch mit weiteren Vielfachen der Grundfrequenz überlagert werden, um die restlichen Oberwellen in der Störaussendung noch effektiver zu unterdrücken – beispielsweise mit der fünffachen oder der siebenfachen Grundfrequenz. Über beispielsweise RC-Glieder, LC-Glieder oder aktive Filter kann das Signal S_A2 in einer Folgestufe noch weiter geglättet und der angestrebten, oberwellenarmen Sinus-Kurvenform noch besser angenähert werden.
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Bei Bedarf kann das am Ende erzeugte Signal zum Zwecke der Amplitudenverstärkung oder auch Impedanzanpassung noch einer Sendeendstufe zugeführt werden.
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Wie bereits beschrieben kann es vorteilhaft sein, spezielle Elektroden im Bereich des Polsters zu platzieren, welche Korrekturwerte zur Kompensation von sich ändernden Materialeigenschaften bereit stellen können.
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Nachstehend sind anhand der 6 und 7 weitere Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen diese Elektroden zur Kompensation oder mindestens der Unterdrückung von Materialeigenschaften dienen.
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Prinzipiell besteht die Anforderung darin, im Bereich des Polsters eine Kapazitätsänderung in der Ferne, im Wesentlichen sogar weit außerhalb der Kopfstütze in der Luft zu erkennen. Dies ist erforderlich, um den Kopf oder ein anderes Körperteil des Fahrgastes zu erkennen oder um ein fahrgastfremdes Objekt zu erkennen.
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Problematisch ist, dass das Polstermaterial sowie die erforderlichen Träger- und Befestigungselemente zwar in derselben Wirkungsrichtung wie das zu erkennende Objekt liegen, aber dennoch unerwünschte Materialeigenschaften aufweisen können. Zur Abschirmung solcher unerwünschten Eigenschaften sind vorzugsweise Maßnahmen im Außenbereich oder im hinteren Bereich der Kopfstütze vorgesehen, die vornehmlich Kapazitätsänderungen beispielsweise seitlich oder von hinten unterdrücken oder minimieren können.
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Selbstredend können solche Maßnahmen nicht in der Hauptwirkungsrichtung angewendet werden, da ansonsten die Fernmessung selbst abgeschirmt würde. Zudem ergibt sich die Schwierigkeit, dass die direkt im Nahbereich angeordneten Materialien üblicherweise einen sehr viel stärkeren Einfluss auf die Messung haben als das zu erkennende Objekt.
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Weiterhin ist es problematisch, dass sich ändernde Materialeigenschaften im Einfluss- bzw. Erfassungsbereich der Elektroden – wie z. B. durch Temperaturdrifteinflüsse und Feuchtigkeitsaufnahme – die Messung leicht unverhältnismäßig stark beeinflussen können.
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Dies gilt besonders für eine Anordnung entsprechend einem Wirkungsprinzip mit Sende- und Empfangselektrode gemäß den vorgenannten Ausführungsbeispielen und Funktionsbeschreibungen.
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Vor diesem Hintergrund zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel mit zwei zusätzlichen passiven Abschirmelektroden 14, 15, die räumlich zwischen der Sende- und Empfangselektrode 11, 12, beziehungsweise zwischen 13 und 12 angeordnet sind. Schematisch ist in der Nähe der Elektroden 11–15 ein Befestigungsbereich 35 gezeigt, der beispielsweise Befestigungs- und Montagematerial mit unterschiedlichen und ggf. veränderlichen Materialeigenschaften aufweist.
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Die Position der Abschirmelektroden 14, 15 zwischen den Sende- und Empfangselektroden 11, 12, 13 ist vorzugsweise so gewählt, dass der zwischen Sende- und Empfangselektrode fließende Strom im Fernbereich – also der Bereich in dem der gewünschte Messeffekt zu beobachten ist – im Wesentlichen nicht beeinflusst wird. Im Nahbereich hingegen fließen die Sendeströme vornehmlich über die Abschirmelektroden 14, 15 ab, so dass nur noch ein geringer Teil der „Nahbereichsströme” die Empfangselektrode 12 erreicht. Vorzugsweise führt die Abschirmelektrode 14, 15 ein Bezugspotenzial, z. B. Masse.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit aktiven Kompensationselektroden 16, 17. die zusätzlich zu den Abschirmelektroden 14, 15 zwischen den Sende- und Empfangselektroden 11, 12, 13 angeordnet sind. Die Kompensationselektroden 16, 17 sind über das Steuergerät 50 mit einem Kompensationspotenzial verbunden. Für den vorliegenden Anwendungsfall weist das Steuergerät 50 bzw. vorzugsweise die Steuereinheit 56 sowohl Mittel zur Bereitstellung eines Sendepotenzials bzw. -signals als auch Mittel zur Bereitstellung eines Kompensationspotenzials bzw. Sendesignals auf. Hierbei ist vorzugsweise die Steuereinheit 56 derart ausgestaltet sein, dass ausgehend vom erzeugten Sendesignal ein Kompensationssignal bereitgestellt wird.
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Eine solche aktiv angetriebene Kompensationselektrode 16, 17 – hier der prinzipiellen Erklärung wegen nur in der Einzahl und im Zusammenwirken mit nur einer Sende- und einer Empfangselektrode erwähnt – erlaubt es, die Wirkung der vorgenannten Abschirmelektroden 14, 15 noch weiter zu verbessern. Die Kompensationselektrode 16, 17 weist vorzugsweise eine gegenüber der Sendelektrode 11, 13 geringere Fläche auf, die so dimensioniert ist, dass eine Fernwirkung auf das zu erfassende Objekt vernachlässigt werden kann, jedoch im Nahbereich der Sensorelektroden ein sehr wesentlicher Einfluss auf das die Sensorelektroden umgebende Material ausgeübt wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Kompensationselektrode 16, 17 ebenfalls vorzugsweise zwischen Sende- und Empfangselektrode angeordnet ist.
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Die jeweilig aktive Kompensationselektrode 16, 17 wird vorzugsweise gegenphasig zu der betreffenden Sendeelektrode angetrieben, damit die vor der Empfangselektrode 12 befindlichen Materialien möglichst gleichermaßen sowohl von der größeren, aber weiter entfernt liegenden Sendeelektrode 11, 13 als auch von der kleineren, aber näher liegenden Kompensationselektrode 16, 17 beeinflusst werden. Durch eine derartige Anordnung und geeignete Wahl der Flächen, Abstände und elektrisches Signalamplitudenamplitudenverhältnis zwischen Sendeelektrode 11, 13 und Kompensationselektrode 16, 17 ist es möglich, sich ändernde Materialeigenschaften, die im Nahbereich unvermeidlich bestehen, gezielt zu unterdrücken.
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Die elektrischen Felder von Sendeelektrode 11, 13 und Kompensationselektrode 16, 17 löschen sich also im Nahbereich gegenseitig aus. Und wenn durch sich ändernde Materialeigenschaften der Einfluss der Sendeelektrode 11, 13 stärker wird, so wird gleichzeitig auch der Einfluss der gegensinnig wirkenden Kompensationselektrode 16, 17 größer und umgekehrt. Dies gilt im Wesentlichen nur für den Nahbereich, im dem sich kein zu erfassendes Objekt befindet. Im Fernbereich dagegen, in welchem sich das zu erfassende Objekt befindet, kommt aufgrund der größeren Fläche im Wesentlichen nur die erwünschte Wirkung der Sendeelektrode 16, 17 zur Wirkung.
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Eine derartige Kompensationselektrode 16, 17 kann allein oder auch in Kombination mit einer passiven Abschirmelektrode 14, 15 verwendet werden.
