DE102011005551B4

DE102011005551B4 - Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102011005551B4
Application number: DE102011005551A
Authority: DE
Inventors: Robert Midderhoff; Thomas Hellerforth
Original assignee: Takata AG
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: CN103635120B; WO2012123444A1; DE102011005551A1; CN103635120A; US20140132042A1; US9650064B2

Abstract

Die Erfindung betrifft Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeugs, mit – einem elektrischen Schwingkreis (2), der eine erste und eine zweite Induktivität (L1, L2) sowie mindestens ein Sensorelement (3) aufweist; – Mitteln zum Beaufschlagen des Schwingkreises (2) mit einer Wechselspannung; – Mitteln (6) zum Bestimmen mindestens einer elektrischen Kenngröße (U2) im Schwingkreis (2), wobei der elektrische Schwingkreis (2) durcs (3) eine Veränderung erfährt, so dass anhand der bestimmten elektrischen Kenngröße (U2) eine Belegung des Sitzplatzes erkannt werden kann; und – einem ersten und einem zweiten Anschluss (11, 12), über den eine Heizungssteuerung (4) mit der Belegungserkennungsvorrichtung (1) verbunden werden kann, um das Sensorelement (3) gleichzeitig als Heizung betreiben zu können, wobei der erste und der zweite Anschluss (11, 12) so angeordnet sind, dass ein von der Heizungssteuerung (4) an diesen Anschlüssen (11, 12) bereitgestellter Gleichstrom dem Sensorelement (3) über die erste und die zweite Induktivität (L1, L2) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeuges gemäß Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind Sensoren (Belegungssensoren) bekannt, über die ermittelbar ist, ob ein Sitzplatz eines Kraftfahrzeugs durch einen Fahrzeuginsassen belegt ist oder nicht. Die über die Sensoren bestimmte Information über die Belegung des Sitzplatzes wird insbesondere zur Steuerung eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems verwendet. Ein in einen Fahrzeugsitz integrierter Belegungssensor ist z. B. in der DE 43 38 285 A1 beschrieben.
Darüber hinaus offenbart die DE 695 02 091 T2 eine Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeugs, die einen elektrischen Schwingkreis in Form einer mit einer Wechselspannung beaufschlagbaren Oszillatorschaltung, ein Sensorelement in Form einer Elektrode sowie Mittel zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße in Form einer Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung aufweist, wobei anhand der Schwingungsfrequenz eine Belegung des Sitzplatzes erkannt werden kann. Die Elektrode ist über ein Relais mit einer Stromquelle verbunden, um sie gleichzeitig als Heizelement betreiben zu können, wobei das Relais die Elektrode von der Stromquelle entkoppelt, wenn sie als Sensorelement zum Erkennen der Belegung des Sitzplatzes dienen soll.
Des Weiteren beschreibt die DE 103 11 132 A1 eine Einrichtung zum Erkennen einer Einwirkung auf einen Sitz durch eine Fahrzeuginsassen, wobei ein in einem Fahrzeugsitz angeordneter Heizdraht als Elektrode zur kapazitiven Erkennung der Einwirkung verwendet wird.
Die DE 197 24 168 C1 offenbart eine Vorrichtung zur Detektion der Anwesenheit eines Körpers mit einem kapazitiven Sensor, der eine Elektrodenanordnung sowie einen von der Elektrodenanordnung getrennten Influenzkörper umfasst.
Das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Belegungserkennungsvorrichtung zur Belegungserkennung zu schaffen, die auf möglichst einfache Weise verwendbar ist.
Dieses Problem wird durch die Belegungserkennungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach wird eine Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt, mit

– einem elektrischen Schwingkreis, der eine erste und eine zweite Induktivität sowie mindestens ein Sensorelement aufweist;
– Mitteln zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung;
– Mitteln zum Bestimmen mindestens einer elektrischen Kenngröße im Schwingkreis, wobei der elektrische Schwingkreis durch eine Veränderung der Umgebung des Sensorelementes eine Veränderung erfährt, so dass anhand der bestimmten elektrischen Kenngröße eine Belegung des Sitzplatzes erkannt werden kann; und
– einem ersten und einem zweiten Anschluss, über den eine Heizungssteuerung mit der Belegungserkennungsvorrichtung verbunden werden kann, um das Sensorelement gleichzeitig als Heizung betreiben zu können, wobei der erste und der zweite Anschluss so angeordnet sind, dass ein von der Heizungssteuerung an diesen Anschlüssen bereitgestellter Gleichstrom dem Sensorelement über die erste und die zweite Induktivität zugeführt wird.

Durch Anschließen einer Heizungssteuerung, die über den ersten und den zweiten Anschluss der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung eine Gleichspannung in das Sensorelement einspeist, kann das Sensorelement gleichzeitig als Heizelement betrieben werden. Dadurch, dass die Einspeisung der Gleichspannung in das Sensorelement über die erste und die zweite Induktivität erfolgt, wird die von der Heizungssteuerung eingekoppelten Gleichspannung von der bei Betrieb der Belegungserkennungsvorrichtung in den Schwingkreis eingespeisten Wechselspannung abgekoppelt. Hierdurch ist es möglich, den Schwingkreis mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen und eine elektrische Kenngröße (oder mehrere elektrische Kenngrößen) des Schwingkreises zu bestimmen, ohne den Heizbetrieb des Sensorelementes unterbrechen, d. h. ohne die Heizungssteuerung galvanisch von der Belegungserkennungsvorrichtung trennen zu müssen.
Beispielsweise ist ein Eingangsanschluss der ersten Induktivität mit dem ersten Anschluss der Belegungserkennungsvorrichtung und ein Eingangsanschluss der zweiten Induktivität mit dem zweiten Anschluss der Belegungserkennungsvorrichtung verbunden. Nach Verbinden einer Heizungssteuerung mit dem ersten und dem zweiten Anschluss der Belegungserkennungsvorrichtung ist die Heizungssteuerung somit mit dem Eingangsanschluss der ersten Induktivität bzw. mit dem Eingangsanschluss der zweiten Induktivität verbunden.
Die Heizungssteuerung ist insbesondere eine Heizungs-ECU (Electronic Control Unit – elektronische Steuereinheit), die z. B. mit einer Batterie des Fahrzeugs verbunden ist, die den über die Heizungssteuerung in die Belegungserkennungsvorrichtung einkoppelbaren Gleichstrom bereitstellt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Sensorelement einen ersten Anschluss (z. B. in Form eines ersten Endes) auf, der mit einem Ausgangsanschluss der ersten Induktivität verbunden ist, und ist mit einem zweiten Anschluss (z. B. mit einem zweiten Ende) mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Induktivität verbunden.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung eine erste Kapazität aufweisen, die mit dem Eingangsanschluss der ersten Induktivität verbunden ist, und eine zweite Kapazität, die mit dem Eingangsanschluss der zweiten Induktivität verbunden ist. Insbesondere sind die erste und die zweite Kapazität jeweils mit demselben Referenzpotential (insbesondere mit der Fahrzeugmasse) verbindbar. Durch die erste und die zweite Kapazität (und deren Anschluss an die Fahrzeugmasse bzw. ein anderes gemeinsames Potential) entsteht zwischen der ersten und der zweiten Induktivität eine für höhere Frequenzen leitfähige Verbindung, d. h. ein Wechselspannungskurzschluss, wodurch die Bestimmung der mindestens einen elektrischen Kenngröße des Schwingkreises und damit die Bestimmung der Belegung des Sitzplatzes auch dann möglich ist, wenn keine Heizungssteuerung mit der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung verbunden ist. Somit ist die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung auch als bloßer Sensor zum Bestimmen einer Belegung eines Sitzplatzes verwendbar, d. h. ohne Heizfunktion.
Darüber hinaus ermöglicht der über die erste und die zweite Kapazität realisierte Wechselspannungskurzschluss eine Bestimmung der Belegung des Sitzplatzes im Wesentlichen unabhängig von Toleranzen der Heizungssteuerung und auch für den Fall, dass eine mit der Belegungserkennungsvorrichtung verbundene Heizungssteuerung ausfällt oder die Verbindung zwischen der Heizungssteuerung und der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung unterbrochen oder beschädigt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Formulierung, wonach die Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung „eines Sitzplatzes” ausgebildet ist, nicht unbedingt bedeutet, dass die Belegungserkennungsvorrichtung oder zumindest das Sensorelement in einem Fahrzeugsitz des Kraftfahrzeuges angeordnet sein muss. Dies ist zwar denkbar, wobei insbesondere das Sensorelement in einer Sitzfläche und/oder einer Rückenlehne des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Sensorelement in oder an einem Lenkrad des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Natürlich ist es auch möglich, dass mehrere Sensorelement vorgesehen sind, von denen z. B. eines in den Fahrzeugsitz integriert und ein anderes im oder am Lenkrad angeordnet ist. Beispielsweise umfasst die Belegungserkennungsvorrichtung mehrere Schwingkreise, denen insbesondere jeweils ein Sensorelement zugeordnet ist.
Im Falle eines in einem Fahrzeugsitz angeordneten Sensorelements treten bei einer Belegung des Sitzes durch einen Fahrzeuginsassen eine weitere Kapazität und ein weiterer Widerstand als zusätzliche Komponenten des Schwingkreises auf, so dass sich die von der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung bestimmbare elektrische Kenngröße (z. B. die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, s. u.) verändert. Über diese Veränderung der elektrischen Kenngröße kann eine Belegung des Fahrzeugsitzes erkannt werden.
Falls das Sensorelement in einem Lenkrad des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, entsteht durch eine Berührung des Lenkrades durch den Fahrzeuginsassen ebenfalls eine weitere Kapazität und ein weiterer Widerstand, so dass sich analog zum sitzintegrierten Sensorelement die von der Belegungserkennungsvorrichtung gemessene elektrische Kenngröße des Schwingkreises verändert.
Eine über die Belegungserkennungsvorrichtung im Betrieb bestimmte „elektrische Kenngröße” des Schwingkreises ist insbesondere eine an einer Stelle des Schwingkreises abgegriffene Spannung, wobei anhand dieser Spannung z. B. eine Resonanzfrequenz und/oder Resonanzamplitude des Schwingkreises ermittelt werden kann. Die Resonanzfrequenz bzw. die Resonanzamplitude verändern sich bei einer Belegung des Sitzplatzes durch den Kontakt des Fahrzeuginsassen mit einer Sitzfläche des Fahrzeugsitzes und/oder durch den Kontakt zum Lenkrad, so dass die Belegung des Sitzplatzes anhand der Veränderung dieser Größen erkennbar ist.
Beispielsweise weist das Sensorelement eine elektrisch leitfähige Struktur auf, die in einen Fahrzeugsitz oder ein Lenkrad des Fahrzeugs integrierbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der elektrisch leitfähigen Struktur um eine elektrische Leitung (z. B. einen Draht) oder eine auf einem Trägerelement angeordnete elektrische Leiterbahn. Denkbar ist, dass zunächst nur die leitfähige Struktur ohne die übrigen Komponenten der Belegungserkennungsvorrichtung in den Sitz (oder in das Lenkrad) angeordnet wird und die übrigen Komponenten erst nachträglich (insbesondere an anderer Stelle als die leitfähigen Struktur) im Fahrzeug eingebaut und mit der leitfähigen Struktur elektrisch verbunden werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung einer elektrischen Leitung oder Leiterbahn als Sensorelement beschränkt ist. Es ist vielmehr auch denkbar, dass z. B. ein flächiges Element als Sensorelement verwendet wird.
Die erste und die zweite Induktivität sind insbesondere durch eine erste und eine zweite Spule ausgebildet, wobei z. B. der Gleichstromwiderstand der Spulen möglichst klein gegenüber dem Gleichstromwiderstand des Sensorelementes ist, um die Heizfunktion des Sensorelementes nicht zu stören. Beispielsweise beträgt der Gleichstromwiderstand der beiden Spulen jeweils höchstens ein Zehntel oder höchstens ein Hundertstel des Gleichstromwiderstands des Sensorelementes. Insbesondere liegt der Gleichstromwiderstand der Spulen jeweils im mOhm-Bereich, während der Gleichstromwiderstand des Sensorelementes im Ohm-Bereich liegt.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung einen spannungsgesteuerten Oszillator auf, d. h. einen „VCO” (Voltage Controlled Oscillator). Darüber hinaus können die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung eine mit dem spannungsgesteuerten Oszillator zusammenwirkenden Sinusformer („sine shaper”) umfassen. Des Weiteren ist denkbar, dass die Mittel zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße zum Bestimmen der Resonanzfrequenz und/oder der Resonanzamplitude des elektrischen Schwingkreises ausgebildet sind. Beispielsweise weisen diese Mittel einen entsprechend ausgestalteten Mikrocontroller und/oder einen Spitze-zu-Spitze-Detektor („peak to peak detector”) auf.
Der elektrische Schwingkreis umfasst gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung eine mit einer weiteren Induktivität in Reihe geschaltete Kapazität. Des Weiteren kann auch ein zusätzlicher Widerstand vorgesehen sein, der mit der weiteren Induktivität und der Kapazität in Reihe geschaltet ist. Beispielsweise wird über die Mittel zum Bestimmen von Eigenschaften des Schwingkreises eine Spannung am Ende der aus der mit der zusätzlichen Induktivität in Reihe geschalteten Kapazität bestimmt.
Die Erfindung betrifft auch eine Fahrzeugsitzanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugsitz und einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung, wobei das Sensorelement in dem Fahrzeugsitz angeordnet ist. Des Weiteren kann die Belegungserkennungsvorrichtung, wie oben beschrieben, mit einer Heizungssteuerung verbunden sein.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Lenkradanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad und einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung, wobei das Sensorelement in oder an dem Lenkrad angeordnet ist. Auch hier kann die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung, wie oben beschrieben, mit einer Heizungssteuerung gekoppelt sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Belegungserkennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Wechselspannungssatzschaltbild der Belegungserkennungsvorrichtung aus 1; und
3 das Resonanzverhalten der Belegungserkennungsvorrichtung aus 1.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung 1 zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeugs, die insbesondere nach Art einer „CIS”-Einheit (Capacitive Interieur Sensing-Einheit, kapazitive Innensensierungseinheit) ausgebildet ist, umfasst eine elektronische Schaltung mit einem elektrischen Schwingkreis 2. Der elektrische Schwingkreis 2 weist eine erste und eine zweite Induktivität L1, L2 sowie eine Reihenschaltung mit einer weiteren Induktivität L3, einem Widerstand R3 und einer Kapazität C3 auf.
Des Weiteren umfasst der elektrische Schwingkreis 2 der Belegungserkennungsvorrichtung 1 ein Sensorelement in Form eines gewundenen elektrisch leitfähigen Sensordrahtes 3, wobei ein erster Anschluss in Form eines ersten Endes 31 des Sensordrahtes 3 mit der ersten Induktivität L1 und ein zweiter Anschluss in Form eines zweiten Endes 32 des Sensordrahtes 3 mit der zweiten Induktivität L2 verbunden ist. Das erste Ende 31 des Sensordrahtes 3 ist zudem mit einer weiteren Kapazität C4 verbunden, über die eine Abstimmung des Schwingkreises vorgenommen werden kann (s. u.). Über den Sensordraht 3 kann eine Veränderung der Umgebung des Sensordrahtes und damit eine Belegung eines Sitzplatzes registriert werden, wie weiter unten erläutert wird.
Die jeweils anderen Anschlüsse der Induktivitäten L1, L2, die nicht mit dem Sensordraht 3 verbunden sind, sind jeweils mit einem Anschluss 11, 12 der Belegungserkennungsvorrichtung 1 verbunden, wobei eine Heizungssteuerung („Heizungs-ECU”) 4 über die Anschlüsse 11, 12 an die Belegungserkennungsvorrichtung 1 angeschlossen ist. Die Heizungssteuerung 4 weist Kontakte 41, 42 auf, über die an den Anschlüssen 11, 12 ein Gleichstrom bereitgestellt wird, der über die erste und die zweite Induktivität L1, L2 dem Sensordraht 3 zugeführt wird, so dass der Sensordraht 3 nicht nur als Sensorelement, sondern auch als Heizelement betrieben werden kann.
Die mit den Anschlüssen 11, 12 verbunden Eingangsanschlüsse der ersten und der zweiten Induktivität L1, L2 sind zudem jeweils mit weiteren Kapazitäten C1 bzw. C2 verbunden, wobei die Kapazitäten C1, C2 jeweils mit ihrem nicht mit den Induktivitäten verbunden Anschlüssen mit der Fahrzeugmasse (oder einem anderen Referenzpotential) verbunden sind. Über die Kapazitäten C1, C2 entsteht ein Wechselspannungskurzschluss zwischen den Induktivitäten L1, L2, so dass der Sensordraht 3 auch bei einem Defekt der Heizungssteuerung 4 oder Abtrennen der Heizungssteuerung 4 von der Belegungserkennungsvorrichtung 1 mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden kann, d. h. eine Belegungserkennung über den Sensordraht auch in diesen Fällen möglich ist.
Der Kontakt 41 der Heizungssteuerung 4 ist beispielsweise über einen Schalter 43 (z. B. in Form eines „High-Side-Switches”, d. h. eines Schalters, der mit einem gegenüber dem anderen Kontakt der Heizungssteuerung 4 positiveren Potential verbunden ist) mit einer Batterie, die eine Spannung („Ubat”) bereitstellt, verbunden. Der zweite Kontakt 42 der Heizungssteuerung 4 kann z. B. ebenfalls über einen Schalter (z. B. in Form eines „Low-Side-Switches”) mit einem anderen Potential, insbesondere der Fahrzeugmasse 45, verbunden sein.
Die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung 1 weist des Weiteren Mittel 5 zum Beaufschlagen des Schwingkreises 2 mit einer Wechselspannung auf, wobei über die Induktivitäten L1, L2 ein Abkoppeln der von der Heizungssteuerung 4 eingespeisten Gleichspannung von der von den Mitteln 5 eingespeisten Wechselspannung erfolgt. Des Weiteren umfasst die Belegungserkennungsvorrichtung 1 Mittel 6 zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße im Schwingkreis, die insbesondere einen Mikrocontroller 61 und einen Spitze-zu-Spitze-Detektor 62 umfassen.
Die Schaltung der Belegungserkennungsvorrichtung 1 ist auch in dem Ersatzschaltbild der 2 dargestellt. Hiernach umfassen die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises 2 mit einer Wechselspannung einen Funktionsgenerator G, der sich aus einem spannungsgesteuerten Oszillator 51 und einem Sinusformer 52 (1) zusammensetzt und der über einen ersten Anschluss mit der Reihenschaltung aus Induktivität L3, Widerstand R3 und Kapazität C3 und mit einem zweiten Anschluss mit einem Referenzpotential (insbesondere der Fahrzeugmasse) verbunden ist. Die Induktivitäten L1 und L2 sind ebenfalls mit der Fahrzeugmasse verbunden, wobei diese Verbindung insbesondere über die in 1 dargestellten Kapazitäten C1 bzw. C2 erfolgt.
Über den Funktionsgenerator G wird eine Wechselspannung U1 mit einer Frequenz f in den Schwingkreis 2 eingespeist und am Ausgang der Reihenschaltung aus Induktivität L3, Widerstand R3 und Kapazität C3 eine elektrische Kenngröße in Form einer Spannung U2 gemessen. Die Spannung U2 hängt von der Frequenz f der eingespeisten Spannung U1 ab, wobei die Spannung U2 ihren größten Wert bei der Resonanzfrequenz fx des Schwingkreises 2 aufweist. Diese Resonanzfrequenz fx hängt natürlich von den elektrischen Größen der Komponenten des Schwingkreises 2 ab, d. h. von den beiden Induktivitäten L1, L2 sowie den in Reihe geschalteten Komponenten Induktivität L3, Widerstand R3 und Kapazität C3 sowie der Kapazität C4.
Nach Einbau der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung in ein Fahrzeug und bei Belegung eines Sitzplatzes, dem die Belegungserkennungsvorrichtung zugeordnet ist, erfährt der Schwingkreis 2 eine Veränderung dadurch, dass im Bereich des Sensordrahtes 3 eine zusätzliche Kapazität Cx und ein zusätzlicher Widerstand Rx auftreten. Somit verändert sich die im Schwingkreis gemessene Spannung U2 in Abhängigkeit davon, ob der Sitzplatz belegt ist oder nicht, und auch abhängig von der Art der Belegung (z. B. abhängig von der Größe des den Sitzplatz belegenden Fahrzeuginsassen). Entsprechend verändert sich die über U2 bestimmte Resonanzfrequenz (d. h. die Frequenz, bei der die Spannung U2 ein Maximum aufweist) und die Resonanzamplitude (d. h. der Betrag bzw. der Spitze-zu-Spitze-Wert der Spannung U2).
Es wird darauf hingewiesen, dass die Kapazitäten C1, C2 sowie der Widerstand des Sensordrahtes 3 im Ersatzschaltbild der 2 vernachlässigt wurden, da ihre (Blind-)Widerstandswerte gegenüber der Frequenz f der eingespeisten Spannung und der Größen Cx und Rx klein sind.
Beispielsweise kann der Sensordraht 3 in die Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes integriert sein, wobei bei Belegung des Fahrzeugsitzes durch einen Fahrzeuginsassen die Kapazität Cx (Belegungskapazität) und der Widerstand Rx (Belegungswiderstand) als zusätzliche Komponenten des Schwingkreises entstehen. Bei Belegung des Fahrzeugsitzes wird somit eine gegenüber dem Nichtbelegungsfall veränderte Resonanzfrequenz und eine veränderte Resonanzamplitude gemessen, so dass durch Bestimmen der Frequenz, bei der die Spannung U2 ihr Maximum aufweist, ermittelt werden kann, ob der Fahrzeugsitz belegt ist oder nicht. Insbesondere ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises umgekehrt proportional zu Cx.
Der Betrag der Spannung U2 (d. h. die Resonanzamplitude) bei der Resonanzfrequenz ist hingegen proportional zum zusätzlichen Widerstand Rx.
Auch bei Anordnung des Sensordrahtes 3 in oder an einem Lenkrad des Fahrzeuges entsteht die zusätzliche Kapazität Cx und der zusätzliche Widerstand Rx, so dass das oben beschriebene Vorgehen zur Belegungserkennung analog anwendbar ist. Insbesondere verändert sich die Kapazität Cx in Abhängigkeit davon, ob der Fahrzeuginsasse das Lenkrad berührt oder nicht, so dass eine Berührung des Lenkrades und damit eine Belegung des Sitzplatzes über die Bestimmung der Resonanzfrequenz (bzw. über eine Bestimmung der Veränderung der Resonanzfrequenz) des Schwingkreises ermittelbar ist.
Die Belegungserkennung wird im Folgenden beispielhaft für einen sitzintegrierten Sensordraht 3 anhand der 3 erläutert. Diese Figur zeigt eine Messung der Spannung U2 (y-Achse) über der Frequenz (x-Achse), wobei die Eingangsspannung U1 über einen vorgegebenen Frequenzbereich variiert wurde.
Die Messkurve A bezieht sich auf die Situation, dass ein Kindersitz auf dem Fahrzeugsitz angeordnet ist, wobei die Spannung U2 bei einer Frequenz f_A (der Resonanzfrequenz des Schwingkreises) ein Maximum erreicht. Die Kurve B bezieht sich hingegen auf den Fall, dass ein Mann als Fahrzeuginsasse den Fahrzeugsitz belegt, wobei der Mann eine größere Kapazität Cx als der Kindersitz erzeugt. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz f_B des Schwingkreises kleiner als im Fall des Kindersitzes, so dass (insbesondere nach einer Kalibrierung der Belegungserkennungsvorrichtung) anhand der Lage der Resonanzfrequenz eine Belegungsklassifizierung erfolgen kann, d. h. nicht nur entschieden werden kann, ob eine Belegung des Sitzplatzes erfolgt ist, sondern auch, welche Art von Belegung vorliegt.
Die Kurven A' und B' beziehen sich jeweils auf einen feuchten Zustand des Fahrzeugsitzes, der einen kleineren Widerstand Rx und somit jeweils eine größere Resonanzamplitude (Maximalamplitude der Spannung U2) oder Güte des Schwingkreises bewirkt. Somit kann bei Heranziehen sowohl der Resonanzfrequenz als auch der Resonanzamplitude eine verfeinerte Belegungsklassifizierung erfolgen.
Die Lage der Resonanzfrequenz des Schwingkreises lässt sich insbesondere über die Kapazität C4 einstellen, so dass der Frequenzbereich, in dem die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Kapazität Cx und Rx liegt, über die Wahl der Kapazität C4 voreinstellbar ist. Die maximale Resonanzamplitude lässt sich durch Auslegung der Induktivität L3, der Kapazität C3 und/oder des Widerstandes R3 voreinstellen.
Die Erzeugung der Wechselspannung erfolgt, wie oben bereits erwähnt, über den VCO 51 und den Sinusformer 52, so dass eine Wechselspannung in Form einer Sinusspannung mit konstanter Amplitude in den Schwingkreis 2 eingespeist wird, deren Frequenz mittels des VCO variierbar ist. Das Auffinden und Messen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises erfolgt über den Mikrocontroller 61, während die Amplitude der Spannung U2 frequenzabhängig mit dem Spitze-zu-Spitze-Detektor 62 bestimmt wird. Eine Belegungsklassifizierung erfolgt insbesondere anhand der Resonanzfrequenz und der bei der Resonanzfrequenz gemessenen Spitze-zu-Spitze-Spannung (der Spannung U2).
Bezugszeichenliste

1: Belegungserkennungsvorrichtung
2: Schwingkreis
3: Sensordraht
4: Heizungssteuerung
5: Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung
6: Mittel zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße
11: erster Anschluss
12: zweiter Anschluss
31: erstes Ende
32: zweites Ende
41: erster Kontakt
42: zweiter Kontakt
43: erster Schalter
44: zweiter Schalter
45: Fahrzeugmasse
51: VCO
52: Sinusformer
61: Mikrocontroller
62: Spitze-zu-Spitze-Detektor
L1: erste Induktivität
L2: zweite Induktivität
L3: weitere Induktivität
C1–C4: Kapazität
R3: Widerstand

Claims

Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeugs, mit – einem elektrischen Schwingkreis (2), der eine erste und eine zweite Induktivität (L1, L2) sowie mindestens ein Sensorelement (3) aufweist; – Mitteln zum Beaufschlagen des Schwingkreises (2) mit einer Wechselspannung; – Mitteln (6) zum Bestimmen mindestens einer elektrischen Kenngröße (U2) im Schwingkreis (2), wobei der elektrische Schwingkreis (2) durch eine Veränderung der Umgebung des Sensorelementes (3) eine Veränderung erfährt, so dass anhand der bestimmten elektrischen Kenngröße (U2) eine Belegung des Sitzplatzes erkannt werden kann; und – einem ersten und einem zweiten Anschluss (11, 12), über den eine Heizungssteuerung (4) mit der Belegungserkennungsvorrichtung (1) verbunden werden kann, um das Sensorelement (3) gleichzeitig als Heizung betreiben zu können, wobei der erste und der zweite Anschluss (11, 12) so angeordnet sind, dass ein von der Heizungssteuerung (4) an diesen Anschlüssen (11, 12) bereitgestellter Gleichstrom dem Sensorelement (3) über die erste und die zweite Induktivität (L1, L2) zugeführt wird.
Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangsanschluss der ersten Induktivität (L1) mit dem ersten Anschluss (11) und ein Eingangsanschluss der zweiten Induktivität (L2) mit dem zweiten Anschluss (12) verbunden ist.
Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) einen ersten Anschluss (31) aufweist, der mit einem Ausgangsanschluss der ersten Induktivität (L1) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss (32), der mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Induktivität (L2) verbunden ist.
Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine erste Kapazität (C1), die mit dem Eingangsanschluss der ersten Induktivität (L1) verbunden ist, und eine zweite Kapazität (C2), die mit dem Eingangsanschluss der zweiten Induktivität (L2) verbunden ist.
Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kapazität (C1, C2) jeweils einen ersten Anschluss aufweisen, der mit der ersten bzw. der zweiten Induktivität (L1, L2) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem Referenzpotential verbindbar ist.
Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) eine elektrisch leitfähige Struktur aufweist, die in einen Fahrzeugsitz und/oder ein Lenkrad des Fahrzeugs integrierbar ist.
Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweite Induktivität (L1, L2) durch eine erste und eine zweite Spule gebildet sind.
Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromwiderstand der beiden Spulen jeweils höchstens ein Zehntel oder höchstens ein Hundertstel des Gleichstromwiderstands des Sensorelementes (3) beträgt.
Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schwingkreis (2) eine mit einer weiteren Induktivität (L3) in Reihe geschaltete Kapazität (C3) aufweist.
Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung einen spannungsgesteuerten Oszillator (51) aufweist.
Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung einen mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (51) zusammenwirkenden Sinusformer (52) aufweisen.
Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße (U2) zum Bestimmen der Resonanzfrequenz und/oder der Resonanzamplitude des elektrischen Schwingkreises (2) ausgebildet sind.
Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße (U2) einen Spitze-zu-Spitze-Detektor (62) aufweisen, mit dem eine Spannung im Schwingkreis bestimmt wird.
Fahrzeugsitzanordnung für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch einen Fahrzeugsitz und einer Belegungserkennungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (3) in dem Fahrzeugsitz angeordnet ist.
Lenkradanordnung für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Lenkrad und einer Belegungserkennungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Sensorelement (3) in oder an dem Lenkrad angeordnet ist.