-
Die
Erfindung betrifft eine Kopfstütze mit einem Mikrowellensensor
und mit einer Verstellvorrichtung zur Einstellung der Kopfstütze
in Bezug auf eine Kopfposition einer Person insbesondere eines Fahrgastes
nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Aus
der
DE 19916804 ist
bereits eine Vorrichtung zum Justieren einer Fahrzeugkopfstütze,
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.
-
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.
-
Kapazitive
Sensoren sind prinzipiell elektromagnetisch störempfindlich,
weil bereits die Funktionsweise des Sensors auf der Auswertung elektrischer
Felder beruht.
-
Als
weitere Sensoren sind Ultraschallsensoren denkbar, die jedoch relativ
teuer sind und gerade im Nahbereich so genannte tote Zonen aufweisen,
in denen keine Objekte erkannt werden.
-
Optische
Systeme haben den Nachteil, dass die sichere Erkennung durch alle
Arten von sichtbaren Störeinflüssen, wie beispielsweise
Haare, beeinträchtigt ist und sie empfindlich gegen Verschmutzung
sind. Ferner können optische Systeme nicht unbedingt problemlos
in das Design einer Kopfstütze integriert werden.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Kopfstütze mit einer Kopferkennung
mit hoher Störtoleranz und guter Einstellgenauigkeit in
Höhe und Abstand zur Verfügung zu stellen.
-
Die
Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße
Kopfstütze mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
-
Vorteilhaft
ist eine Kopfstütze mit einer Verstellvorrichtung zur Einstellung
der Kopfstütze in Bezug auf eine Kopfposition einer Person
vorgesehen, mit einer Mikrowellenantenne eines Mikrowellensensors
zur Detektion der Kopfposition. Im Gegensatz zu kapazitiven Sensorsystemen
zeichnet sich ein Kopfstützenjustiersystem mit Mikrowellensensoren
insbesondere durch eine höhere Reichweite und eine gute Richtwirkung
aus. Aufgrund der höheren Frequenz liegen starke Nutzsignale
vor. Ferner ist die Erdung für ein Mikrowellenssystem im
Gegensatz zu kapazitiven oder galvanischen Systemen nicht weiter
relevant.
-
Ebenso
vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kopfstütze
vorgesehen, bei dem ausgehend von einem Signal des Mikrowellensensors
ein günstiger Verfahrweg für die Kopfstütze
ermittelt wird.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass eine Mikrowellenantenne
von einem Polster der Kopfstütze abgedeckt ist, das elektrisch leitfähige
und/oder dielektrische Beeinflussungselemente aufweist, wobei die
Beeinflussungselemente eine Richtwirkung der Mikrowellenantenne
beeinflussen. Dies hat den Vorteil, dass durch eine Anordnung der
Beeinflussungselemente im Polster eine Richtwirkung, vorzugsweise
in Richtung des Kopfes einer Person, vorgegeben werden kann.
-
Des
Weiteren ist es auch möglich zwei Mikrowellenantennen innerhalb
des Polsters der Kopfstütze vorzusehen. So ist es beispielsweise
vorteilhaft möglich, die eine Antenne zur Ausstrahlung
und die andere zum Empfang der Mikrowelle zu nutzen. Auch kann es
vorteilhaft vorgesehen sein, über die beiden Antennen sich
gegenseitig überlagernde Mikrowellen oder Mikrowellen mit
unterschiedlicher Phasenlage auszustrahlen.
-
Gemäß einer
anderen Ausgestaltung kann die Mikrowellenantenne als passive Patch-Antenne ausgeführt
sein, mit dem Vorteil, dass die Strahl- und/oder auch die Empfangsrichtung
der Mikrowelle durch die Geometrie der Patch-Antenne und auch durch
elektronische Einstellmöglichkeiten verändert und
den jeweils notwendigen Gegebenheiten angepasst werden kann. Ferner
lässt sich vorteilhaft eine Patch-Antenne in einfacher
Art und Weise auch auf einer Leiterplatte integrieren.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Mikrowellenantenne derart ausgestaltet,
dass durch Verändern der Richtwirkung zumindest ein Teil
des Fahrgastinnenraumes abtastbar ist.
-
Weiterhin
ist vorteilhaft ein Verfahren vorgesehen, bei dem bei Vorliegen
eines nicht plausiblen Signals die Kopfstütze in eine Default-Position
gefahren wird, so dass in einfacher Art und Weise sichergestellt
wird, dass auch bei unklaren Signalen die Kopfstütze immer
eine für den Fahrgast sichere Position einnimmt.
-
Es
zeigen schematisch:
-
1 eine
erfindungsgemäße Kopfstütze,
-
2 eine
Kopfstütze mit Antennensystem im Polster,
-
3 eine
Kopfstütze mit einem passiven Patch-Antennenarray im Polster
-
1 zeigt
einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Kopfstütze 1 mit
einer Mikrowellenantenne 10, die elektrisch mit einer Sende-Empfangseinheit 20,
vorzugsweise einen Mikrowellensender/empfänger bzw. -transceiver
verbunden ist. Die Einheit aus Mikrowellenantenne 10 und
der Sende-Empfangseinheit 20 bildet einen Mikrowellensensor.
Die Kopfstütze 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.
-
Die über
die Antenne 10 ausgestrahlte Mikrowelle – typischerweise
mit Frequenzen im GHz-Bereich – werden vom Kopf 100 reflektiert
und wiederum von der Antenne 10 empfangen. In einer bevorzugten
Ausführungsform lassen sich aus der Laufzeit der Signale
ein Abstand und hieraus eine Position des Kopfes 100 ermitteln.
-
Zur
Auswertung der Signale kann es beispielsweise vorgesehen sein, eine
Auswerteeinheit im Mikrowellentransceiver bzw. Mikrowellensensor zu
integrieren. Ferner ist es auch denkbar, die Signale einem Steuergerät
zuzuführen, das die weitere Auswertung und insbesondere
auch Ansteuerung der Verstellvorrichtung der Kopfstütze übernimmt.
-
In 2 ist
eine weitere bevorzugte Ausführungsform gezeigt, bei der
die Antenne 10 in ein erstes und zweites Antennensegment 10a, 10b aufgeteilt
ist, die im Inneren der Kopfstütze 1 vorzugsweise mit
einem Polster 40 eingefasst sind. Innerhalb des Polsters 40 sind
im Bereich der beiden Antennensegmente 10a, 10b in
kopfseitiger Richtung vorzugsweise dielektrische wirksame oder/und
elektrisch leitfähige Beeinflussungselemente 21, 23 angeordnet. Diese
Beeinflussungselemente 21, 23 dienen beispielsweise
zur Fokussierung oder Lenkung der von den Antennensegmenten 10a, 10b ausgestrahlten oder
empfangenen Strahlung. Die Beeinflussungselemente 21, 23 können
beispielsweise durch entsprechende Zusätze im Polsterschaum
hergestellt werden. Beispielsweise könnten im Schaum dielektrische
oder leitfähige Elemente eingebracht sein, oder der Schaum
selbst weist in den gewünschten Bereichen eine entsprechende
Eigenschaft auf. Die Beeinflussungselemente 21, 23 können
somit auch als Beeinflussungsbereiche des Polsters selbst ausgebildet sein.
Beispielsweise auch durch Verändern der Polsterdichte in
bestimmten Bereichen.
-
Eine
solche Antennenanordnung erlaubt es beispielsweise, eine sich gegenseitig überlagernde Wellenausbreitung 30 bereit
zu stellen. Die Wellen können beispielsweise auch in unterschiedlichen Phasenlagen
ausgestrahlt werden. Auch ist es denkbar, unterschiedliche Amplituden
oder gar Frequenzen am ersten und zweiten Antennensegment abzustrahlen.
-
Durch
eine derartige Überlagerung ist es möglich nicht
nur Abstandsinformationen, sondern ggf. auch Höhenpositionen
oder gar die Kopfgeometrie zu erfassen.
-
In 3 ist
eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung gezeigt,
bei der innerhalb der Kopfstütze eine Sende-/Empfangseinrichtung 20 mit
angeschlossener Antenne angeordnet ist, die eine im Wesentlichen
ungerichtete Strahlung 31 emittiert. Im Polster 40 ist
zur Erzeugung einer ausgerichteten Strahlung 32 ein passives
Patch-Antennen-Array 50 strahlungsgekoppelt eingebunden.
-
Wie
bereits oben beschrieben ist es denkbar, solche Strukturen durch
Einbringen entsprechender, vorzugsweise dielektrischer, Materialen
bereitzustellen. Auch ist es denkbar, diese Eigenschaften bereits dem
Polsterschaum beizufügen.
-
In
einer weiteren Ausführungsvariante ist es vorgesehen, in
der Steuereinheit die empfangenden Signale zusätzlich im
Hinblick auf Störungen zu beurteilen.
-
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.
-
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.
-
Ferner
ist es vorteilhaft eine Arbeitsfrequenz zu wählen, die
außerhalb der üblicherweise zu erwartenden Störquellen
wie Rundfunksender usw. liegt. Erfindungsgemäß werden
hierzu Frequenzen oberhalb 1 GHz bevorzugt.
-
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.
-
Zur
Ausblendung zufälliger Störungen, beispielsweise
schneller Transienten, pulsartiger Störungen oder so genannter
Bursts, kann es ferner vorgesehen sein, die Signalaussendung auf
kurze Intervalle – beispielsweise kleiner 1 Sekunde – zu
beschränken.
-
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,
Messwerte dagegen, die direkt davor oder danach auftreten und entsprechende
Qualitätskriterien aufweisen, können sehr wohl
in die normale Auswertung eingehen.
-
Im
Weiteren sind weitere Vorteile des erfindungsgemäßen
Systems dargestellt.
-
Aufgrund
der hohe Frequenz sind solche System naturgemäß sehr
unempfindlich gegenüber Störer aus dem üblichen
Rundfunkbereich < 500 MHz.
-
Auch
zeigen Mikrowellensysteme ein gutes Verhalten gegenüber
Feuchtigkeiten und auch leitfähigen Medien und werden auch
durch Verschmutzungen kaum beeinflusst.
-
Der
Mikrowellensensor ist ein berührungsloses Sensorsystem
in der Kopfstütze, vorzugsweise in einem Kfz, aber auch
in einem anderen Sitz in Fahrzeugen oder beispielsweise in medizinischen
Einrichtungen wie Behandlungssesseln etc., mit welchem die Anwesenheit
eines menschlichen Kopfes in Höhe und Abstand erkannt werden
soll.
-
Dabei
soll möglichst zuverlässig nur die Hautoberfläche
und nicht etwaige Haare, Kopfbedeckungen etc. erkannt werden, weil
die durch die richtig positionierte Kopfstütze realisierte
Sicherheitsaufgabe sich nur an der Hautoberfläche und nicht
an anderen Objekten orientiert.
-
Mikrowelle
durchdringt dünne und kleine Objekte, so dass Haare oder übliche
Textilien typischerweise für die Messung nicht weiter relevant
sind.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße
System auch für relativ niedrige Frequenzen – beispielsweise
zwischen 30–200 MHz – realisiert werden. Der Antenne 10 bzw.
den Antennensegmenten 10a, b kommt dann eher die Funktion einer
Elektrode zu. Ein solches System hat gegenüber einem mit
geringeren Frequenzen arbeitenden kapazitiven System bessere Eigenschaften
hinsichtlich Feuchtigkeit, da sich die Wasser-Dipole nicht mehr
entsprechend der aufgeprägten Frequenz ausrichten können.
-
Prinzipiell
wir die Kapazität einer solchen offenen Elektrodengeometrie
durch das in dem elektrischen Feld befindliche Objekt – hier
ein Kopf – verändert. Dabei können je
nach Frequenz unterschiedliche Effekte ausgenutzt werden. Wie zum
Beispiel die Absorption von elektrischen Feldern durch das Erfassungsobjekt,
die Veränderung des Elektrodenabstandes und damit der elektrostatischen
Kapazität oder auch eine Veränderung der zwischen
zwei Elektroden befindlichen Dielektrizitätskonstanten.
-
Bei
höheren Frequenzen typischerweise zwischen 300 MHz bis
300 GHz, hier gemeinhin als „Mikrowelle” bezeichnet,
kommen die zu erfassenden Abstände in die Größenordnung
der Wellenlänge, z. B. 30 cm bei 1 GHz. Dadurch können
mit solch hohen Frequenzen zusätzliche Effekte ausgewertet
werden, nämlich unter anderem, die Reflexion der ausgesendeten
elektromagnetischen Wellen an Grenzflächen mit erhöhter
Dielektrizitätskonstante. Ferner besteht die Möglichkeit
durch Überlagerung von gesendetem und reflektiertem Signal
und auch unterschiedlicher Phasenlage Informationen über
ein Objekt zu erlangen. Ferner erlauben die hohen Frequenzen auch eine
Bestimmung eines Abstandes ausgehend von der Laufzeit der gesendeten
Signale. Darüber hinaus lässt sich eine Richtwirkung
durch bündelnde Antennen verschiedenster Bauart gezielt
einstellen.
-
Weiterhin
sind für einen Mikrowellensensor, insbesondere für
eine Kopfdetektion in einer Kopfstütze, folgende weitere
Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise kann bei einer
Verwendung einer Patch-Antenne vorgesehen sein, die Antennenarrays als
Leiterbahnstrukturen auf einer Leiterplatte aufzubringen. Des Weiteren
lässt sich die Richtwirkung elektronisch durch Veränderung
der Einspeisesignale – beispielsweise der Phasenlage – beeinflussen. Die
Richtwirkung kann beispielsweise auch durch Umschaltung von Teilen
der Antennenstruktur, insbesondere mit Hilfe von Dioden, verändert
werden.
-
Insbesondere
können dielektrische Materialien auch Teil einer Antennenstruktur
sein.
-
Des
Weiteren ist es möglich, passive Antenne strahlungsbasiert
zu speisen, ohne dass eine galvanische Verbindung zur Elektronik/Steuerung
besteht.
-
Auch
eine Nutzung von kostengünstig herstellbaren Schlitzantennen
ist möglich.
-
Ein
Objekterkennung kann beispielsweise auch durch selbstschwingende
Oszillatoren erfolgen, deren Stromaufnahme durch den Dopplereffekt,
hervorgerufen durch elektrisch reflektierende Objekte, – insbesondere
einem Kopf – verändert werden.
-
Im
Weiteren kann die Antennenstruktur gleichzeitig als frequenzbestimmendes
Glied eines Oszillators eingesetzt werden. Dadurch kann in vorteilhafterweise
auf einen genauen Frequenzabgleich verzichtet werden und es werden
Bauteilkosten gespart.
-
Ferner
lässt sich durch das erfindungsgemäße
Vorgehen ein dynamisches Sensorprinzip – z. B. Auswertung
eines Dopplereffekts – realisieren, das zuverlässige
Messung auch bei einer bewegten Kopfstütze erlaubt.
-
Bei
einem gleichzeitigen Betrieb mehrerer Antennen, besteht die Möglichkeit
die räumliche Anordnung (z. B. oben, unten) der Antenne
zu optimieren, um beispielsweise besser die Höhe eines
Kopfes erkennen zu können.
-
Weiterhin
ist es möglich, bei einem gleichzeitigen Betrieb von Antennen
verschiedener räumlicher Anordnung die Antennen auf unterschiedlichen
Frequenzen zu betreiben, um die Signale leichter voneinander trennen
zu können.
-
Zusätzliche
ist auch eine Sitzbelegerkennung möglich, z. B. durch gezielte
Ausrichtung der Antennen. Möglich ist auch ein Kombinationssystem, mit
welchem sowohl die Kopfposition als auch das Vorhandensein eines
Objektes auf dem Fahrzeugsitz erkannt werden kann.
-
Aufgrund
der hohen Frequenzen ist auch eine Störfestigkeit gegen übliche
Störer auf den Rundfunkbändern leichter möglich.
Ferner erlaubt das erfindungsgemäße System auch,
die Laufzeit von gepulsten Signalen messen zu messen, um hieraus
Abstand und Höhe des Objektes zu ermitteln.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19916804 [0002]
- - DE 102006023102 A1 [0003]