DE10227286A1

DE10227286A1 - Sensor zur Insassenerkennung

Info

Publication number: DE10227286A1
Application number: DE2002127286
Authority: DE
Inventors: Reiner Marchthaler; Frank Mack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-08

Abstract

Es wird ein Sensor zur Insassenerkennung vorgeschlagen, der lediglich auf Druckänderungen reagiert und in einem Fahrzeugsitz verbaut ist. Das wenigstens eine Sensorelement des Sensors ist dabei piezoelektrisch ausgebildet und kann in einer zwei- oder dreidimensionalen Matrix angeordnet sein. Der Schaum kann dabei als Dielektrikum wirken, wobei das Sensorelement mit einem Auswertebaustein verbunden ist, der zur Mustererkennung für das Sensorsignal konfiguriert ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sensor zur Insassenerkennung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor zur Insassenerkennung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat den Vorteil, dass er äußerst robust gegen jegliche Offset-Drift durch einen Sitzbezug, des Sensors selbst oder des Schaums, ist, da lediglich die Änderungen des Druckes zu einem Sensorsignal führen. Da heißt, dass ein Absolutdruck keine Rolle spielt. Damit ist insgesamt eine einfachere Anpassung des Systems an verschiedenartige Sitze möglich.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass eine sichere Erkennung eines leeren Sitzes möglich ist. Der erfidungsgemäße Sensor reagiert nämlich empfindlicher auf Druckänderungen, so dass die Erkennung eines Pulsschlages möglich ist. Damit ist insbesondere auch die Unterscheidung zwischen Menschen und Gegenständen möglich. Der erfindungsgemäße Sensor ist äußerst kostengünstig und robust gegen Umwelteinflüsse, das sind Temperaturschwankungen und Feuchte. Weiterhin ist der erfindungsgemäße Sensor leicht in einen bestehenden Sitz integrierbar. Es ist keine Designänderung notwendig. Auch ist das erfindungsgemäße System, da nur Änderungen ausgewertet werden, robust gegen eine Alterung der Sensoren.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Sensors zur Insassenerkennung möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass das wenigstens eine Sensorelement des erfindungsgemäßen Sensors piezoelektrisch ausgebildet ist. Piezoelektrische Sensoren sind insbesondere auf Druckschwankungen empfindlich.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass das Sensorelement entweder in einer zweidimensionalen Matrix oder gar in einer dreidimensionalen Matrix angeordnet ist. Damit ist insbesondere die Aufnahme eines Profils möglich, um tiefergehende Aussagen über das Objekt auf dem Sitz treffen zu können.

Für einen piezoelektrischen Sensor oder auch einen anderen Sensor, der ein Dielektrikum braucht, kann der Schaum als Dielektrikum verwendet werden.

Vorteilhafter Weise kann das Sensorelement mit einem Auswertebaustein verbindbar sein, der zur Mustererkennung für das Sensorsignal konfiguriert ist. Damit ist es insbesondere möglich, an dem Signal eine Mustererkennung vorzunehmen, d. h. bestimmte Signaländerungen führen zu einem bestimmten Muster, das durch den Auswertebaustein entsprechend identifiziert wird. Dazu werden darin abgespeicherte Muster in einem Speicher geladen, um einen Vergleich mit den erkannten Mustern durchzuführen. Weiterhin ist es möglich, dass ein Muster durch die einzelnen Sensorelemente insgesamt erzeugt wird, was dann durch den Auswertebaustein entsprechend interpretiert wird.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Sensors und
2 eine dreidimensionale Matrix
Beschreibung
Im Rahmen der Einführung eines Beifahrerairbags ist es notwendig, aus sicherheitstechnischen und versicherungstechnischen Gründen einen mit einer Person belegten Beifahrersitz zu erkennen. Bei einem Unfall und nicht belegtem Beifahrersitz muss kein Insasse geschützt werden und bei einer Auslösung des Beifahrerairbags würden unnötige Reparaturkosten entstehen.
Zur Sitzbelegungserkennung existieren verschiedene technische Lösungen, insbesondere auch für eine automatische Kindersitzerkennung. Weiterhin ist zu beachten, dass mit der Einführung eines sogenannten Smart-Airbags, der personen- und situationsadaptiv in seinem Aufblasverhalten eingesetzt werden soll, eine verbesserte Belegungserkennung notwendig ist, um das volle Potential eines solchen Smart-Airbags auszunutzen.
Damit ist es ein Ziel, eine einfache Sitzbelegungserkennung zu einer intelligenten Insassenklassifizierung weiter zu entwickeln. Insbesondere muss beim angesprochenen Fall die Auslösung des Beifahrerairbags verhindert werden, wenn sich in bestimmten Situationen die Entfaltung des Airbags zum Nachteil des Insassen auswirkt. Dies ist beispielsweise dann gegeben, wenn ein Kind auf dem Beifahrersitz sitzt oder, wenn sich eine Person zu nahe am Armaturenbrett befindet.
Aus dem Patent DE 100 47 189 C1 ist ein Insassenklassifizierungssystem bekannt, das auf dem Zusammenhang zwischen dem Körpergewicht und dem Abstand der Sitzhöcker einer Person basiert. Dazu wertet dieses System aufgrund seines Einbauorts im Fahrzeugsitz und seiner physikalischen Wirkungsweise das Druckprofil auf der Sitzfläche aus. Die Analyse des gemessenen Druckprofils erlaubt die Erkennung eines unbelegten oder belegten Sitzes. Bei belegtem Sitz erfolgt die Unterscheidung zwischen einem Menschen und einem Kindersitz oder einem sonstigen Gegenstand aufgrund des Sitzprofils des menschlichen Körpers bzw. typischen Abdrücken von Gegenständen. Bei einem erkannten Menschen erfolgt eine weitere Klassifizierung in verschiedene Klassen, die zu Körpergröße und Gewicht korrespondieren.
Einen weiteren Ansatzpunkt stellt die Messung des absoluten Gewichts der Person auf dem Sitz dar. Hierbei wird entweder das Gewicht des Sitzes inklusive des auf dem Sitz befindlichen Objekts, beispielsweise mir Hilfe von Dehnungsmess-Streifen gemessen, oder man misst mit Hilfe einer mit Gel gefüllten Druckfolie, welche im Sitz verbaut wurde, den Druckunterschied zwischen einem belegten und einem unbelegten Sitz.
Erfindungsgemäß wird nun ein Sensor mit wenigstens einem Sensorelement vorgeschlagen, der nur auf Druckänderung reagiert, also als ein Bewegungssensor arbeitet. Dafür werden vorzugsweise piezoelektrische Sensoren verwendet. Diese Sensoren werden in einer bestimmten Art im Sitz angeordnet, so dass eine optimale Auswertung möglich ist. Insbesondere durch die Anordnung der Sensorzellen in einer zwei- oder dreidimensionalen Matrix, in der jede Sensorzelle individuell auslesbar ist, erhält man durch eine Bewegung des Insassen oder Objekts, bedingt durch die Bewegung des PKW bzw. des Insassen oder Objekts, ein Signal. Das erhaltene Signal unterscheidet sich je nach dem, ob sich auf der Zelle ein Insasse bzw. Objekt befindet, oder nicht. Die Sensoren liefern nicht nur unterschiedliche Signale, wenn sich oberhalb der Zelle etwas befindet, sondern liefern auch unterschiedliche Signale, je nach dem, welcher Körper sich auf der Zelle befindet. Somit lassen sich die Personen auch mir Hilfe von Mustererkennungsalgorithmen klassifizieren.
Das für die piezoelektrischen Sensoren benötigte Dielektrikum könnt sich beispielsweise schon in einer Sensormatte, bestehend aus kleinen Koaxialleitungen, befinden. Beispielsweise kann jedes Sensorelement ein spiralförmig angeordnetes Koaxialkabel mit einer elektrischen Zuleitung aufweisen. Alternativ ist es möglich, das Sensorelement entsprechend einem Plattenkondensator aufzubauen. Dabei befindet sieh dann eine Elektrode auf der Oberseite und die andere Elektrode auf der Unterseite der Folie. Zwischen den Elektroden ist dann das Dielektrikum angeordnet. Bei der Verwendung eines speziellen dielektrischen Sitzschaums, könnte dieser zusätzlich als Dielektrikum verwendet werden. Das heißt eine Veränderung der Verformung des Schaums und eine Änderung der Verformung des Sensors wird damit erfasst.
1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors zur Insassenerkennung. In einem Sitzkissen 1 eines Fahrzeugsitzes bzw. der Rücklehne 2 des Sitzes befinden sich Sensorelemente 8 und 6, um auf Druckänderungen, die durch ein Objekt auf dem Sitz hervorgerufen werden, zu reagieren. Die Sensoren 8 und 6 können dabei für unterschiedliche Druckänderungen, d. h. mit welcher Geschwindigkeit sich diese Druckänderungen vollziehen, ausgerichtet sein. Beispielsweise kann sich das im Sitzkissen 1 befindliche Sensorelement 8 auf langsame Änderungen, die durch eine Bewegung des Objekts oder der Person auf dem Sitz hervorgerufen werden, ausgeführt sein. Der in der Rücklehne 2 befindliche Sensor G kann jedoch auf höherfrequente Druckänderungen reagieren, wie beispielsweise der Pulsschlag einer Person. Es ist möglich, dass nur einer der Sensoren 6 oder 8 verwendet wird. Die Sensoren 6 oder 8 können einzelne Matrizen aus Sensorelementen aufweisen, die entweder zweidimensional oder dreidimensional angeordnet sind. Solch eine Matrix erlaubt die Aufnahme eines Profils und damit genauere Aussagen über das auf dem Sitz befindliche Objekt oder die auf dem Sitz befindliche Person. Die Sensoren 8 und 6 weisen intern eine Analog-Digital-Wandlung und Multiplexer auf, um die einzelnen Sensorwerte auszulesen. Diese Datenströme werden dann von einem Steuergerät 3 aufgenommen, das die Datenströme auswertet, um beispielsweise ein Sitzprofil zu erstellen. Dieses Sitzprofil wird dann lediglich aus Druckänderungen bestehen. Dies wird dann beispielsweise einem Airbagsteuergerät 4 übermittelt, das ein Rückhaltesystem 5 ansteuert. Wird beispielsweise anhand der Sensorantwort bzw. des Sensorsignals erkannt, dass sich keine Person oder ein Objekt auf dem Sitz befindet, dann wird über das Steuergerät 4 das Rückhaltesystem 5, und zwar die Komponente, die für den betreffenden Sitz vorgesehen ist, abgeschaltet. Wird jedoch aus dem Sitzprofil eine Person erkannt bzw. ein Objekt, das schätzenswert ist, dann wird in Abhängigkeit von der Sitzposition die über das Sensorsignal erkannt wird, das Rückhaltesystem 5, das für diesen Sitz vorgesehen ist, entsprechend angesteuert, um in Abhängigkeit von der Sitzposition und der Klassifizierung des Insassen bei einem Unfall eingesetzt zu werden. Damit ist dann der Einsatz eines adaptiven Airbags, der in seinem Aufblasverhalten auf die Sitzposition und den Insassen selbst eingeht, realisiert. Die Auswerteeinheit 3 als Steuergerät kann auch weitere Sensoren betreuen, d.h. deren Sensorsignale aufnehmen, um sie zu verarbeiten. Dies betrifft dann insbesondere solche Sensoren, die in anderen Sitzen verbaut sind. Damit ist dann eine zentrale Auswertung der im Innenraum des Kraftfahrzeugs befindlichen Personen möglich. Neben Airbags können auch Gurtstraffer, dazu zählen reversible und pyrotechnische Gurtstraffer, durch das Steuergerät 4 angesteuert werden.
2 zeigt eine dreidimensionale Matrix der Sensorelemente 7, die im Sitz verbaut ist. Eine solche dreidimensionale Matrix hat folgende Vorteile: Neben einer Musterkennung einer zweidimensionalen Matrix kann damit auch eine Druckänderung in vertikaler (z-) Richtung erkannt werden und damit auf die Masse und die Höhe des Massenschwerpunkts des Insassen geschlossen werden.
Mit einer solchen Matrix wie auch der dreidimensionalen Matrix können insbesondere bekannte Methoden der Mustererkennung eingesetzt werden. Dabei werden abgespeicherte Muster mit ermittelten Mustern verglichen, um eine Identifikation durchzuführen. Durch Ähnlichkeitswerte kann dann das Muster identifiziert werden, das dem ermittelten Muster am nächsten kommt.

Claims

Sensor zur Insassenerkennung, wobei der Sensor (6, 8) wenigstens ein Sensorelement (7) aufweist, das in einem Fahrzeugsitz (1, 2) angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Sensorelement (7) derart ausgebildet ist, dass das wenigstens eine Sensorelement (7) nur auf eine Druckänderung ein Sensorsignal abgibt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (7) piezoelektrisch ausgebildet ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (7) in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (7) in einer dreidimensionalen Matrix angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum im Fahrzeugsitz (1, 2) als Dielektrikum für das wenigstens eine Sensorelement (7) ausgebildet ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (7) mit einem Auswertebaustein (3) verbindbar ist, der zur Mustererkennung für das Sensorsignal konfiguriert ist.