DE10305978B4

DE10305978B4 - Anordnung und Verfahren zur Klassifizierung der Insassen eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10305978B4
Application number: DE10305978A
Authority: DE
Inventors: William Jerome Ypsilanti Olsen; Ryan Farmington Hills Karkkainen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: GB2391316A; DE10305978A1; GB0229304D0; GB2391316B; US6697723B2; US20030163234A1

Abstract

Einrichtung (12) zur Klassifikation von Insassen eines Kraftfahrzeuges (14), enthaltend
eine Gewichterfassungsvorrichtung (24), die mit einer Sitzvorrichtung (20) gekoppelt ist und ein Gewichtssignal erzeugt,
einen Beschleunigungsmesser (26), der mit der Sitzvorrichtung (20) gekoppelt ist und ein Beschleunigungssignal erzeugt,
gekennzeichnet durch
eine Steuereinheit (22), welche elektrisch mit der Gewichterfassungsvorrichtung (24) und dem Beschleunigungsmesser (26) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (22) als Reaktion auf das Gewichtssignal und das Beschleunigungssignal die Klassifikation der Insassen durch Verfolgen einer Frequenzbereichsdarstellung des Gewichtssignals dividiert durch das Beschleunigungssignal vornimmt.

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Einrichtungen zur Einleitung von Gegenmaßnahmen bei Kollisionen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Klassifizierung von Insassen in einem Kraftfahrzeug.
Anordnungen bzw. Einrichtungen für Gegenmaßnahmen bei Kollisionen finden in zunehmendem Maße bei Kraftfahrzeugen Verwendung. Derartige Anordnungen zur Einleitung von Gegenmaßnahmen bzw. Sicherheitssysteme existieren in unterschiedlichen passiven und aktiven Ausführungen. Aktive Sicherheitssysteme sollen dabei helfen, Kollisionen zu vermeiden, während passive Sicherheitssysteme dazu dienen, das Verletzungsrisiko der Insassen des Fahrzeugs im Falle einer Kollision zu vermindern. Beispiele für passive Sicherheitssysteme sind Gurtstraffer, Airbags oder Sicherheitsgurte mit Lastbegrenzung (load limiting seat belts).
Bei einigen Sicherheitsvorrichtungen wird das Gewicht und/oder die Größe eines oder mehrerer Insassen des Fahrzeugs bei der Bestimmung berücksichtigt, ob oder in welchem Umfang eine aktive oder passive Gegenmaßnahme ausgeführt werden muss. Unter der Klassifikation bzw. Klassifikation von Insassen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Abschätzen oder die Messung des Gewichts und/oder der Größe der Insassen zu verstehen. Im Falle eines Airbags zur Rückhaltung von Insassen stellt die Klassifikation der Insassen beispielsweise eine Eingangsgröße oder einen Faktor beim Fällen der Entscheidung dar, ob ein Airbag entfaltet wird und/oder welcher Entfaltungswert des Airbags angemessen ist. Im allgemeinen ist der Entfaltungswert bzw. der Umfang, in dem der Airbag entfaltet wird, um so höher, je größer/schwerer der Insasse ist.
Die bekannten Einrichtungen zur Klassifikation von Insassen weisen einige Nachteile auf. Bei einigen Einrichtungen zur Klassifikation von Insassen wird eine versiegelte, balgartige Vorrichtung verwendet, die einen Drucksensor enthält. Der Balg ist auf einer Sitzschale befestigt, so dass der Balg durch einen auf der Oberseite des Balges sitzenden Insassen komprimiert wird. Je größer die auf den Balg ausgeübte Kraft ist, desto höher ist der in dem Balg erzeugte Druck, welcher unmittelbar mit dem Gewicht des Insassen korreliert. Eine annähend lineare Abhängigkeit wird dabei zwischen dem erfassten Druck und dem Gewicht auf der Sitzvorrichtung hergestellt. Unter statischen Bedingungen ist die ausschließliche Verwendung eines Balgs und eines Drucksensors in der Regel ausreichend genau. Dynamisch verändert sich die Amplitude des durch den Drucksensor erzeugten Drucksignals für denselben Insassen allerdings ständig, was zu falschen oder fehlerhaften Klassifikationen des Insassen führen kann.
Eine Sitzvorrichtung beinhaltet typischerweise ein auf einer Sitzschale angeordnetes Sitzpolster, welches Schaum oder ein ähnliches polsterndes Material enthält. Die Eigenschaften des Schaums (Dichte, Federkraft etc.) beeinflussen die Steigung oder Zunahme der Druck/Gewicht-Kurve. Die Eigenschaften des Schaums verändern sich mit der Zeit, weil der Schaum altert und während des Gebrauchs wiederholt komprimiert und entspannt wird. Auch andere Merkmale einer Sitzvorrichtung können sich mit der Zeit ändern, wodurch der Offset und/oder die Steigung der Kurve weiter verändert werden können. Die sich ändernden Eigenschaften der Komponenten einer Sitzvorrichtung können Fehler hervorrufen, die zu einem Anstieg der Wahrscheinlichkeit einer falschen Klassifikation von Insassen führen. So kann eine Anordnung zur Einleitung von Gegenmaßnahmen beispielsweise bestimmen, dass sich ein Insasse auf der Sitzvorrichtung befindet, wenn tatsächlich kein Insasse anwesend ist.
Um das Problem der kontinuierlich variierenden Sitzeigenschaften zu lösen, wäre es erforderlich, die Einrichtung zur Klassifikation von Insassen kontinuierlich neu einzustellen oder ggf. zu ersetzen. Eine Neukalibrierung bzw. ein Ersetzen der Einrichtung zur Klassifikation von Insassen ist jedoch kostenintensiv und zeitaufwendig und kann den Austausch der gesamten Sitzvorrichtung sowie die Kalibrie rung einer neuen Austausch-Sitzvorrichtung erfordern, was die Kosten weiter erhöht.
Bekannte, mit einer Gewichterfassung arbeitende Einrichtungen zur Klassifikation von Insassen können aufgrund der Zugwirkung von Sicherheitsgurten ebenfalls zu falschen Klassifikationen neigen. Wenn beispielsweise ein Sicherheitsgurt um einen Kindersitz herum verschlossen und fest angezogen ist, wird die vom Sicherheitsgurt auf den Kindersitz ausgeübte Kraft in eine abwärtsgerichtete, auf die Sitzschale wirkende Kraft umgewandelt, wodurch sich das erfasste Gewicht künstlich erhöht. Um dieses Problem zu vermeiden, werden Spannungssensoren an den Sicherheitsgurten verwendet, um die Spannkraft der Gurte zu messen. Das erfasste Gewicht wird dadurch korrigiert, um die zusätzliche, durch die Gurtspannung erzeugte, abwärtsgerichtete Last auszugleichen. Der Einsatz von Spannungssensoren für die Sicherheitsgurte führt zu zusätzlichen Herstellungskosten sowohl der Sitzvorrichtung als auch der Einrichtung zur Klassifikation von Insassen.

In der DE 100 15 586 A1 wird vornehmlich das Problem behandelt, dass die von einer Person auf einen Fahrzeugsitz ausgeübte und von Gewichtssensoren gemessene Kraft Anteile enthalten kann, die von den Zugkräften eines Haltegurtes herrühren. Zur genaueren Bestimmung des Insassengewichtes wird dabei vorgeschlagen, zusätzlich zu dem Gewichtssensor einen Beschleunigungssensor am Fahrzeugsitz anzubringen, damit durch vertikale Fahrzeugbeschleunigungen hervorgerufene Schwingungen der Masse von den Gurtkräften unterschieden werden können. Bei diesem Ansatz muss allerdings berücksichtigt werden, dass die Masse auch durch eine Eigenbewegung (beispielsweise eines Kindes in einem Kindersitz) Kräfte hervorrufen kann. Um derartige Anteile der gemessenen Gewichtskräfte aussondern zu können, wird zunächst eine Kreuzkorrelation der Signale für Druck und Beschleunigung durchgeführt, und es wird nur mit solchen Signalabschnitten weitergearbeitet, deren Korrelation über einem hohen Wert liegt. Aus den verbleibenden Daten wird dann das Verhältnis der Standardabweichungen berechnet, welches ein Maß für das (dynamische) Gewicht darstellt.

Die WO 98/51546 A1 betrifft ein System mit einem Gewichtssensor und einem Beschleunigungssensor im Fahrzeugsitz, bei dem die von diesen Sensoren gelieferten Daten dazu verwendet werden, die Spannung eines Sitzgurtes abzuschätzen. Dabei wird ein geschätzter Durchschnittswert für die Masse des Sitzinsassen aus den Messwerten des Gewichtssensors berechnet.

Die DE 196 30 260 A1 betrifft ein System zur Unterscheidung zwischen einer lebenden Person als Sitzinsasse und einem Gegenstand. Die von einem Bewegungssensor am Sitz aufgenommenen Signale werden dabei in den Frequenzbereich transformiert und dort in verschiedenen Frequenzintervallen analysiert.

Ferner betrifft die DE 44 45 996 A1 die mit Hilfe einer Frequenzanalyse durchgeführte Auswertung von Beschleunigungssignalen, um im Falle eines Zusammenstoßes möglichst schnell und sicher eine Entscheidung über die Auslösung von Rückhaltemitteln treffen zu können.

Die DE 196 10 833 A1 beschäftigt sich mit der differenzierten Auslösung von Rückhaltemitteln wie beispielsweise Airbags in Abhängigkeit von ermittelten Parametern, zu denen auch das Insassengewicht gehören kann.

Des Weiteren ist aus der DE 43 22 159 A1 die Verwendung verschiedener Sensoren zur Ermittlung bekannt, ob sich in einem Fahrzeugsitz eine lebende Person befindet.

Eine bestimmte Einrichtung zur Klassifikation von Insassen wird typischerweise auf einen bestimmten Sitztyp mit spezifischen Merkmalen eingestellt und bei diesem verwendet. Jede Sitzvorrichtung weist aufgrund des Sitzschaums, der Sitzabdeckung, des Sitzrahmens, der Sitzführungen und anderer Komponenten zwischen dem Insassen und den Sensoren zur Klassifikation des Insassen sowie der Fahrzeugstruktur, an der der Sitz befestigt ist, unterschiedliche Merkmale auf. Mit anderen Worten ist jede Einrichtung zur Klassifikation von Insassen sitzspezifisch. Darüber hinaus kann nach einer Kollision oder einfach beim Austausch einer Sitzvorrichtung ein Austausch der gesamten Einrichtung zur Klassifikation von Insassen gegen eine neue Sitzvorrichtung und eine Neueinstellung derselben erforderlich sein.

Bei einigen Einrichtungen zur Klassifikation von Insassen werden sog. Lastzellen verwendet, welche fest zwischen dem Sitzrahmen und den Bodenbefestigungen des Fahrzeugsitzes angeordnet sind und das Gewicht der Insassen messen. Die Verwendung von Lastzellen führt zwar zu einer Reduzierung evtl. Austauschkos ten, löst aber nicht das Problem einer falschen Klassifikation aufgrund dynamischer Belastungen oder unvorhergesehener Ereignisse bei der Benutzung. Wenn die Sicherheitsgurte unmittelbar oberhalb der Lastzellen an der Sitzvorrichtung befestigt sind, sind Spannungssensoren an den Sicherheitsgurten zur Korrektur der Zugkraft der Sicherheitsgurte überflüssig. Wenn die Sicherheitsgurte jedoch an einem von der Sitzvorrichtung unabhängigen Teil des Fahrzeugs (wie beispielsweise einer B-Säule) befestigt sind, werden weiterhin Spannungssensoren für die Sicherheitsgurte benötigt.

Von aufwändigeren Einrichtungen zur Erfassung von Insassen ist der Einsatz von Beschleunigungsmessgeräten zur Messung der Vertikalbeschleunigung der Sitzschale bekannt, mittels derer die dynamische Bewegung der Sitzschale ermittelt wird, um sich auf diese Bewegung einzustellen, wodurch Verschiebungsfehler minimiert werden. Bei der Verwendung der Beschleunigungsmesser wird die Druck/Gewicht-Kurve durch Verschieben der Kurve nach oben oder unten angepasst, um eine falsche Nulleinstellung zu vermeiden. Spannungssensoren für die Sicherheitsgurte werden jedoch – wie bei den Lastzellen ebenfalls – nach wie vor benötigt, um das Problem der Zugkraft der Sicherheitsgurte zu lösen.

Ein weiterer auftretender Nachteil bei bekannten Einrichtungen zur Klassifikation von Insassen, welcher in Zukunft mehr Bedeutung erlangen könnte, liegt in produktionsbedingten Streuungen zwischen einzelnen Sitzvorrichtungen begründet. Gegenwärtig wird jede Einrichtung zur Klassifikation von Insassen individuell kalibriert oder auf Null abgeglichen, um derartige produktionsbedingte Streuungen zu kompensieren. Um aber zukünftige strengere gesetzliche Regelungen bzw. Richtlinien und engere Toleranzgrenzen bei der Klassifikation von Insassen zu erfüllen, müssen Abweichungen über die Betriebsdauer bei identischen Einrichtungen zur Klassifikation von Insassen einer bestimmten Sitzvorrichtung minimiert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Klassifikation von Insassen zur Verwendung in einer Anordnung zur Einleitung und Einstellung von Gegenmaßnahmen bei einer Kollision für ein Kraftfahrzeug bzw. ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches fehlerhafte Klassifikationen von Insassen vermeidet oder zumindest minimiert und eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der Klassifikation ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung zur Klassifikation von Kraftfahrzeuginsassen gemäß den Patentansprüchen 1 und 18, eine Anordnung zur Einleitung und Einstellung von Gegenmaßnahmen bei einer Kraftfahrzeugkollision gemäß Patentanspruch 6 und ein Verfahren zur Klassifikation von Insassen eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 11 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der jeweiligen Unteransprüche.

Es wird eine Einrichtung zur Klassifikation von Kraftfahrzeuginsassen zur Verfügung gestellt, welche eine Gewichterfassungsvorrichtung, die ein Gewichtssignal erzeugt, und einen Beschleunigungsmesser, der ein Beschleunigungssignal erzeugt, beinhaltet. Die Gewichterfassungsvorrichtung und der Beschleunigungsmesser sind mit einer Sitzvorrichtung gekoppelt. Eine Steuereinheit ist elektrisch mit der Gewichterfassungsvorrichtung und dem Beschleunigungsmesser verbunden. Die Steuereinrichtung bestimmt die Klassifikation von Insassen in Reaktion auf das Gewichtssignal und das Beschleunigungssignal durch Verfolgen einer Frequenzbereichsdarstellung des Gewichtssignals dividiert durch das Beschleunigungssignal. Weiterhin wird ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen.

Einer der zahlreichen Vorteile der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine Einrichtung geschaffen wird, welche die Klassifikation von Insassen während der dynamischen Belastung einer Sitzvorrichtung präzise bestimmt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Klassifikation der Insassen unabhängig von der Zugkraft der Sicherheitsgurte bestimmt wird.

Darüber hinaus wird die Klassifikation der Insassen unabhängig von den Merkmalen der Sitzvorrichtung bestimmt.

Die vorliegende Erfindung kann daher für verschiedene Sitzvorrichtungen verwendet werden, ohne dass eine Neueinstellung vorgenommen werden muss. Die vorliegende Erfindung funktioniert ferner bei verschiedenen Sitzvorrichtungen ohne fehlerhafte Klassifikation von Insassen aufgrund der Benutzung und des Alters der Sitzvorrichtung. Darüber hinaus können die erfindungsgemäße Einrichtung und die erfindungsgemäße Anordnung aus einer alten Sitzvorrichtung entfernt und in einer neuen Sitzvorrichtung wiederverwendet werden, so dass durch Systemaustausch und Kalibrierung verursachte Kosten eingespart werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Intelligenz des Fahrzeugs bei der Durchführung der Insassenklassifikation und der Bestimmung, ob eine Gegenmaßnahme ausgeführt und in welcher Intensität diese Gegenmaßnahme durchgeführt werden soll, erhöht wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Einleitung von Gegenmaßnahmen bei einer Kollision, welche eine Einrichtung zur Klassifikation von Insassen für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 eine schematische Darstellung einer Sitzvorrichtung mit der Einrichtung zur Klassifikation von Insassen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3a eine Transferfunktion der Sitzvorrichtung nach 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3b eine Zeitbereichsdarstellung der Transferfunktion gemäß 3a in vereinfachter Darstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3c eine Frequenzbereichsdarstellung der Transferfunktion gemäß 3b entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein einfacher Graph einer Frequenzbereichsdarstellung eines Signals für ein Gewicht dividiert durch ein Signal für eine Beschleunigung aus der Einrichtung zur Klassifikation von Insassen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
5 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Klassifikation eines Insassen in einem Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klassifikation von Insassen für die Verwendung in einer passiven Sicherheitsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung auch zur Verwendung in unterschiedlichen Anordnungen wie beispielsweise Vorwärts-Kollisionswarnsystemen, Kollisionsvermeidungssystemen oder anderen Einrichtungen des Fahrzeugs, die eine Klassifikation von Insassen erfordern, verwendet werden.
In der vorliegenden Beschreibung werden unterschiedliche Betriebsparameter und Bestandteile einer bestimmten Ausführungsform beschrieben. Diese spezifischen Parameter und Bestandteile sind lediglich beispielhaft angeführt und nicht als einschränkend anzusehen.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Anordnung 10 zur Einleitung und Einstellung von Gegenmaßnahmen, bei welcher eine erfindungsgemäße Einrichtung 12 zur Klassifikation von Insassen für ein Kraftfahrzeug 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Die Anordnung 10 beinhaltet die Einrichtung 12 zur Klassifikation von Insassen, eine Einheit 16 zur Klassifikation von Objekten und eine Einheit zur Einleitung von passiven Gegenmaßnahmen 18 bzw. passive Sicherheitseinrichtungen. Die Einrichtung 12 zur Klassifikation von Insassen bestimmt die Klassifikation eines auf der Sitzvorrichtung 20 befindlichen Insassen. Die Einheit 16 zur Klassifikation von Objekten bestimmt, ob ein auf der Sitzvorrichtung 20 befindliches Objekt ein Insasse oder ein unbelebtes Objekt ist. Eine Steuereinheit 22 nimmt Signale der Einrichtung 12 zur Klassifikation von Insassen und der Einheit 16 zur Klassifikation von Objekten auf und bestimmt, ob eine oder mehrere passive Gegenmaßnahmen 18 eingeleitet werden.
Die Einrichtung 12 zur Klassifikation von Insassen beinhaltet eine Gewichterfassungsvorrichtung 24, einen Beschleunigungsmesser 26 und die Steuereinheit 22.
Die Gewichterfassungsvorrichtung 24 bestimmt das Gewicht eines Objekts in der Sitzvorrichtung 20 und erzeugt ein Gewichtssignal. Die Gewichterfassungsvorrichtung 24 kann von unterschiedlicher Art und Ausprägung sein, wie beispielsweise ein Balg 28 (bladder assembly) und ein Drucksensor 30 (siehe 2), ein Dehnungsmessstreifen, eine Lastzelle, ein piezoelektrisches Bauelement, ein piezoresistives Bauelement, ein kapazitives Bauelement oder eine sonstige Vorrichtung, die ein Signal abgibt, das direkt oder indirekt mit dem Gewicht eines Insassen oder Objekts in oder auf dem Sitz korreliert. Die Gewichterfassungsvorrichtung 24 kann mit verschiedenen Teilen der Sitzvorrichtung 20 gekoppelt sein, wie beispielsweise einer Sitzschale, einem Sitzrahmen, einem Sitzeinsteller, einem Sitzpolster oder anderen Sitzbestandteilen, oder auch anderen Strukturen des Fahrzeugs 14, um das Gewicht eines Objekts auf bzw. in der Sitzvorrichtung 20 zu erfassen, wie in 2 näher dargestellt.
Der Beschleunigungsmesser 26 kann jede geeignete, aus dem Stand der Technik bekannte Ausgestaltung aufweisen. Der Beschleunigungsmesser 26 bestimmt die Beschleunigung zumindest eines Teils der Sitzvorrichtung 20 und erzeugt ein Beschleunigungssignal. Obwohl der Beschleunigungsmesser 26 an verschiedenen Stellen mit der Sitzvorrichtung 20 gekoppelt sein kann, wird erfindungsgemäß ein widerstandsfähiger Teil der Sitzvorrichtung 20 bevorzugt, damit ein präziseres Beschleunigungssignal erzeugt wird. Der Beschleunigungsmesser 26 kann mit folgenden Bestandteilen der Sitzvorrichtung 20 gekoppelt sein: einer Sitzschale, einem Sitzrahmen, einer Sitzaufhängung, einem Sitzpolster, einem Sitzschaum oder einem festen Körper, einschließlich einer mit der Sitzvorrichtung 20 verbundenen Struktur des Kraftfahrzeugs 14.
Die Steuereinheit 22 verfolgt die Frequenzbereichsdarstellung eines von der Gewichterfassungsvorrichtung 24 erzeugten Signals für ein Gewicht dividiert durch die Frequenzbereichsdarstellung eines vom Beschleunigungsmesser 26 erzeugten Signals für eine Beschleunigung, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. Die Steuereinheit 22 basiert vorzugsweise auf einem Mikroprozessor, wie beispielsweise einem Computer mit einer CPU, Speicher (RAM und/oder ROM) und einem angeschlossenen Eingangs- und Ausgangsbus (I/O-Bus). Die Steuereinheit 22 kann ein Teil einer zentralen Hauptsteuerung des Fahrzeugs, einer elektronischen Steuervorrichtung, einem interaktiven Fahrzeug-Dynamikmodul, einem Rückhaltesteuermodul, einer Hauptsicherheitssteuerung oder einer unabhängigen Kollisionssteuerung sein.
Die Einheit 16 zur Klassifikation von Objekten umfasst Objektdetektoren 32 und die Steuereinheit 22. Die Objektdetektoren 32 können Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren, Herzschlagsensoren, Kraftfeldsensoren oder andere, aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren zur Objektklassifikation sein. Die Einheit 16 zur Klassifikation von Objekten bestimmt, ob ein Objekt in der Sitzvorrichtung 20 ein menschlicher Insasse oder ein unbelebtes Objekt ist. Die Steuereinheit 22 ist vorzugsweise derart wirksam, dass eine oder mehrere Gegenmaßnahmen 18 ausschließlich eingeschaltet und/oder aktiviert werden, wenn sich ein Insasse auf bzw. in der Sitzvorrichtung 20 befindet.
Die passiven Gegenmaßnahmen 18 können Airbags, Sicherheitsgurte, Kniepolster, Rückhaltevorrichtungen für den Kopf, Lastbegrenzunggspedale (load limiting pedals), Lastbegrenzungs-Lenksäulenvorrichtungen, Gurtstraffer oder andere aus dem Stand der Technik bekannte passive Sicherheitsvorrichtungen umfassen.
2 zeigt eine bildliche Darstellung der Sitzvorrichtung 20 bei Verwendung der Einrichtung 12 zur Klassifikation von Insassen gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Sitzvorrichtung 20 umfasst einen Sitz einsteller 34, ein Sitzpolster 36, die Gewichterfassungsvorrichtung 24, eine Sitzaufhängung 38, eine Sitzschale 40 und den Sitzrahmen 42. Der Sitzeinsteller 34, das Sitzpolster 36, die Sitzaufhängung 38, die Sitzschale 40 und der Sitzrahmen 42 sind aus bekannten und üblichen Materialien hergestellt.
Die Gewichterfassungsvorrichtung 24 beinhaltet in der hier dargestellten Ausführungsform eine balgförmige Anordnung bzw. Balganordnung 44 (bladder assembly) und den Drucksensor 30. Die Balganordnung 44 beinhaltet dabei drei Schichten. Die erste Schicht ist der Balg 28 selbst und kann beispielsweise aus mit Silikon gefülltem Urethan oder anderen Materialien mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt sein. Die zweite Schicht 46 ist ein Bodenbrett, welches ein Durchschlagen der ersten Schicht (Balg 28) während der Benutzung verhindert. Die zweite Schicht 46 kann aus Kunststoff oder einem anderen halbfesten Material gemäß dem Stand der Technik bestehen. Die dritte Schicht 47 ist eine Dämpfungsschicht, welche Geräusche und Vibrationen, die durch die Bestandteile der Sitzvorrichtung erzeugt werden, schluckt und/oder minimiert. Die dritte Schicht 47 kann aus einem geschossenen Baumwollmaterial oder anderen bekannten geräuschdämpfenden Materialien bestehen.
Im folgenden werden die theoretischen Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Wenn ein Objekt auf der Sitzvorrichtung 20 platziert wird, wird das Gewicht des Objektes über eine Kontaktoberfläche zwischen dem Objekt und der Sitzvorrichtung 20 und auf die erste Schicht 28 verteilt. Das Gewicht des Objekts erzeugt eine Kraft (F) über eine Fläche (A) der ersten Schicht 28, die einen Druck (P) innerhalb der ersten Schicht 28 erzeugt, welche durch den Drucksensor 30 erfasst wird. Diese Abhängigkeit wird durch die folgende Gleichung dargestellt: P = F/A (1)
Wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 14 erhöht wird, werden Vibrationen von der Oberfläche der Straße in das Kraftfahrzeug 14 und auf die Sitzvorrich tung 20 übertragen. Die Beschleunigungen, die die Sitzvorrichtung 20 erfährt, werden auf den auf der Sitzvorrichtung 20 befindlichen Insassen übertragen. Folglich "prellt" der Insasse auf der Sitzvorrichtung 20, was zu Veränderungen des Druckes und daher des Gewichtssignals führt. Das Prellen bzw. Hüpfen des Insassen erzeugt eine dynamische Komponente in Gleichung (1), welche in die folgende Gleichung aufgenommen wird: P + Pdyn = (F + Fdyn)/A (2)
Wobei P_dyn und F_dyn jeweils dynamische Druck- und Kraftkomponenten sind. Vernachlässigen der statischen Komponente und Ersetzen der Kraft durch Masse × Beschleunigung führt zu folgendem Ausdruck: Pdyn = (m0 × a0)/A (3)
Der dynamische Druck ist daher eine Funktion der Sitzfläche A, der Beschleunigung des Insassen a₀ und der Masse des Insassen m₀. Die Sitzfläche A wird dabei als relativ konstant angenommen.
Die Transferfunktion des dynamischen Systems Sitz/Insasse wird durch die Transferfunktion gemäß 3a repräsentiert. In der Transferfunktion gemäß 3a ist a_f(t) die Beschleunigung des Sitzrahmens, a₀(t) die Beschleunigung des Insassen und P_dyn(t) die dynamische Druckänderung in der ersten Schicht 28. Die Beschleunigung des Sitzrahmens a_f(t) wird als Eingangswert und der dynamische Druck P_dyn(t) als Ausgangswert der Sitzvorrichtung 20 angesehen. Die Blöcke G₁ und G₂ repräsentieren die Sitzvorrichtung 20, weil die Beschleunigungen vom Sitzrahmen 42 zum Insassen und von dort zurück zur ersten Schicht 28 wandern. Die Sitzmerkmale in der Sitzvorrichtung 20 sind mit Ausnahme der Masse des Insassen m₀ relativ konstant. Daher werden die Blöcke G₁ und G₂ kombiniert, um die Transferfunktion gemäß 3b zu bilden, wobei f_t(m₀) gleich G₁ × G₂ ist. Die einzige unabhängige Variable in der Transferfunktion ist die Masse des Insassen m₀, wodurch die Effekte der sich verändernden Eigenschaften der Sitzvorrichtung und des Zugs des Sicherheitsgurts auf das Klassifikationssignal herausfallen. Eine Umwandlung der Transferfunktion gemäß 3b in den Frequenzbereich führt zu der Transferfunktion gemäß 3c. Folglich ist fs(m0) = Pdyn(s)/af(s) (4)
4 zeigt einen einfachen Graph von f_s(m₀). Jede Frequenzkurve 48a bis 48d gehört zu einer unterschiedlichen Masse des Insassen m₀, wobei 48a für die größte Masse und 48d für die kleinste Masse steht. Wenn die Masse des Insassen m₀ ansteigt, neigt das Amplitudenverhältnis R_A, welches gleich dem Ausgangswert P_dyn(s) geteilt durch den Eingangswert a_f(s) ist, zu einem Anstieg. Ferner fällt f_s tendenziell ab, wenn die Masse des Insassen m₀ ansteigt. Ein dynamischer Massefaktor wird eingeführt, wobei fdm = RA/fs (5)ist, so dass eine passive Gegenmaßnahme ausgelöst wird, wenn f_dm größer als ein oder gleich einem vorbestimmten, dynamischen Masse-Schwellenwert T_dm ist.
5 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Klassifikation eines Insassen in einem Kraftfahrzeug 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In Schritt 50 erfasst die Gewichterfassungsvorrichtung 24 das Gewicht eines Objektes in der Sitzvorrichtung 20 und erzeugt ein Gewichtssignal, welches unmittelbar dem Gewicht des Objekts entspricht.
In Schritt 52 erfasst der Beschleunigungsmesser 26 die Beschleunigung zumindest eines Teils der Sitzvorrichtung 20 und erzeugt ein Beschleunigungssignal.
In Schritt 54 erfasst die Einheit 16 zur Erfassung eines Objekts ein Objekt in der Sitzvorrichtung 20 und erzeugt ein Signal für die Objekterfassung. Die Schritte 50, 52 und 54 können gleichzeitig ausgeführt werden.
In Schritt 56 bestimmt die Steuereinheit 22 die Klassifikation des Objekts als Reaktion auf das Signal für die Objekterfassung mittels aus dem Stand der Technik bekannter Methoden. Wenn beispielsweise ein Herzschlag erkannt wird, kann das Objekt als lebender Insasse im Gegensatz zu einem unbelebten Objekt angesehen werden.
In Schritt 58 berechnet und verfolgt die Steuereinheit 22 die Frequenzbereichsdarstellung des Gewichtssignals dividiert durch das Beschleunigungssignal f_s(m₀).
In Schritt 60 wertet die Steuereinheit 22 die Frequenzbereichsdarstellung f_s(m₀) aus, um das Gewicht oder die Masse des Objekts in der Sitzvorrichtung 20 entsprechend der Amplitude und Frequenz von f_s(m₀) zu bestimmen.
In Schritt 62 setzt die Steuereinheit 22 die Masse des Objektes in Verhältnis zu vorbestimmten statistischen Insassenklassifikationen, um zu bestimmen, ob eine oder mehrere Gegenmaßnahmen 18 als Reaktion auf das Signal für die Klassifikation der Insassen eingeleitet werden müssen. Wenn beispielsweise der Insasse weniger als ein vorbestimmtes Gewicht wiegt, kann das Auslösen des Airbags unterdrückt werden, während anderenfalls der Airbag ausgelöst wird. Die Steuereinheit 22 kann die Gegenmaßnahmen 18 optional unterdrücken, wenn das Objekt statt als Insasse als unbelebtes Objekt eingeordnet wird.
Wenn die Steuereinheit 22 bestimmt, dass eine Gegenmaßnahme 18 ausgelöst werden sollte, kann die Steuereinheit 22 in Schritt 64 eine oder mehrere Aktivierungsparameter der Gegenmaßnahme 18, wie beispielsweise einen Entfaltungswert, in Abhängigkeit von der Klassifikation des Insassen einstellen. Der Entfaltungswert für einen Airbag kann beispielsweise für 95 % männlich höher als für 5 % weiblich eingestellt werden.
Obwohl das zuvor beschriebene Verfahren die Einheit 16 zur Erfassung von Objekten verwendet, um zu ermitteln, ob das auf der Sitzvorrichtung 20 befindliche Objekt ein Insasse ist, könnte eine weniger anspruchsvolle Anordnung zur Einleitung von Gegenmaßnahmen auch ohne die Einheit 16 zur Klassifikation von Ob jekten unter ausschließlicher Verwendung der Einrichtung 12 zur Klassifikation von Insassen arbeiten.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Einrichtung zur Klassifikation von Insassen zur Verfügung, welche eine Klassifikation der Insassen unabhängig von individuellen Merkmalen der Sitzvorrichtung und vom Zug des Sicherheitsgurtes ermöglicht. Dabei ist die vorliegende Erfindung dahingehend vielseitig, dass diese bei verschiedenen Sitzvorrichtungen innerhalb einer Produktlinie des Fahrzeugs eingesetzt werden kann, ohne dass unterschiedliche Einstellungsparameter für jede Sitzvorrichtung erforderlich sind und wobei eine leichte Wartung möglich ist. Die vorliegende Erfindung liefert ferner eine präzise Klassifikation von Insassen ohne Abweichungen über die Betriebsdauer. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls von einer Sitzvorrichtung auf eine andere übertragen und somit wiederverwendet werden. Die vorliegende Erfindung reduziert dadurch die mit der Kalibrierung, dem Austausch und der Produktion der Sitzvorrichtungen, Sicherheitssysteme und damit verbundenen Komponenten verbundenen Kosten.
Die zuvor beschriebene Einrichtung bzw. Anordnung kann an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden und ist nicht auf die folgenden Systeme beschränkt: vorwärtsgerichtete Kollisionswarnsysteme, Kollisionsvermeidungssysteme, Fahrzeugsysteme oder andere Einrichtungen, die eine Klassifikation von Insassen erfordern.

10: Anordnung zur Einleitung und Einstellung von Gegenmaßnahmen bei einer Kollision
12: Einrichtung zur Klassifikation von Insassen
14: Kraftfahrzeug
16: Einheit zur Klassifikation von Objekten
18: passive Gegenmaßnahmen
20: Sitzvorrichtung
22: Steuereinheit
24: Gewichterfassungsvorrichtung
26: Beschleunigungsmesser
28: Balg/erste Schicht
30: Drucksensor
32: Objektdetektor
34: Sitzeinsteller
36: Sitzpolster
38: Sitzaufhängung
40: Sitzschale
42: Sitzrahmen
44: Balganordnung
46: zweite Schicht
47: dritte Schicht
48: Frequenzkurven
50–64: Verfahrensschritte

Claims

Einrichtung (12) zur Klassifikation von Insassen eines Kraftfahrzeuges (14), enthaltend eine Gewichterfassungsvorrichtung (24), die mit einer Sitzvorrichtung (20) gekoppelt ist und ein Gewichtssignal erzeugt, einen Beschleunigungsmesser (26), der mit der Sitzvorrichtung (20) gekoppelt ist und ein Beschleunigungssignal erzeugt, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (22), welche elektrisch mit der Gewichterfassungsvorrichtung (24) und dem Beschleunigungsmesser (26) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (22) als Reaktion auf das Gewichtssignal und das Beschleunigungssignal die Klassifikation der Insassen durch Verfolgen einer Frequenzbereichsdarstellung des Gewichtssignals dividiert durch das Beschleunigungssignal vornimmt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichterfassungsvorrichtung (24) mit einer Sitzschale (40), einem Sitzrahmen (42), einem Sitzeinsteller (34) und/oder einem Sitzpolster (36) gekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichterfassungsvorrichtung (24) eine Balganordnung (28, 44) und einen Drucksensor (30), einen Dehnungsmessstreifen, eine Lastzelle, ein piezoelektrisches Bauelement, ein piezoresistives Bauelement und/oder ein kapazitives Bauelement aufweist.
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungsmesser (26) an einer Sitzschale (40), einem Sitzrahmen (42), einer Sitzaufhängung (38), einem Sitzpolster (36), und/oder einem mit der Sitzvorrichtung (20) verbundenen Schaumstoff oder festen Körper befestigt ist.
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) bei der Bestimmung der Klassifikation der Insassen die Amplitude und Frequenz der Frequenzbereichsdarstellung auswertet, um das Gewicht eines auf der Sitzvorrichtung (20) befindlichen Objektes zu bestimmen.
Anordnung (10) für ein Kraftfahrzeug (14) zur Einleitung und Einstellung von Gegenmaßnahmen bei einer Kollision, enthaltend eine Einrichtung (12) zur Klassifikation von Insassen mit einer ein Signal für ein Gewicht erzeugenden Gewichterfassungsvorrichtung (24), einem ein Signal für eine Beschleunigung erzeugenden Beschleunigungsmesser (26), einer mit der Gewichterfassungsvorrichtung (24) und dem Beschleunigungsmesser (26) gekoppelten Sitzvorrichtung (20), gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (22), die elektrisch mit der Gewichterfassungsvorrichtung (24) und dem Beschleunigungsmesser (26) verbunden ist und welche die Klassifikation der Insassen als Reaktion auf das Gewichtssignal und das Beschleunigungssignal durch Verfolgen einer Frequenzbereichsdarstellung des Gewichtssignals dividiert durch eine Frequenzbereichsdarstellung für das Beschleunigungssignal bestimmt, wobei die Steuereinheit (22) ferner bestimmt, ob eine Gegenmaßnahme als Reaktion auf die Klassifikation der Insassen eingeleitet wird.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) bei der Bestimmung, ob eine Gegenmaßnahme eingeleitet wird, einen Entfaltungswert für die Gegenmaßnahme als Reaktion auf die Klassifikation der Insassen einstellt.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenmaßnahme ein Airbag, ein Sicherheitsgurt, ein Kniepolster, eine Rückhaltevorrichtung für den Kopf, ein Grenzlastpedal, eine Grenzlast-Lenkvorrichtung und/oder ein Gurtspanner ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Klassifikation eines Objekts, welcher elektrisch mit der Steuereinheit (22) verbunden ist und ein Signal für die Klassifikation des Objekts erzeugt, vorgesehen ist und dass die Steuereinheit (22) bestimmt, ob die Gegenmaßnahme als Reaktion auf das Signal für die Klassifikation des Objekts eingeleitet wird.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor für die Klassifikation des Objekts als Infrarotsensor, Ultraschallsensor, Herzschlagsensor und/oder Kraftfeldsensor ausgebildet ist.
Verfahren zur Klassifikation von Insassen eines Kraftfahrzeugs (14), umfassend die Erzeugung eines Gewichtssignals als Reaktion auf ein Gewicht eines Objektes, die Erzeugung eines Beschleunigungssignals als Reaktion auf eine Beschleunigung zumindest eines Teils einer Sitzvorrichtung (20), gekennzeichnet durch die Bestimmung der Klassifikation des Objekts als Reaktion auf das Gewichtssignal und das Beschleunigungssignal durch Verfolgen einer Frequenzbereichsdarstellung des Gewichtssignals dividiert durch das Beschleunigungssignal.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude und die Frequenz der Frequenzbereichsdarstellung verglichen werden, um das Gewicht eines auf der Sitzvorrichtung (20) befindlichen Objektes zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmt wird, ob eine Gegenmaßnahme als Reaktion auf die Klassifikation der Insassen ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entfaltungswert für die Gegenmaßnahme als Reaktion auf die Klassifikation der Insassen eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmt wird, ob das Objekt ein Insasse ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) bei der Bestimmung der Klassifikation der Insassen vorbestimmte, statistische Insassenklassifikationen mit der Frequenzbereichsdarstellung vergleicht.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenmaßnahme ausgelöst wird, wenn ein dynamischer Frequenzfaktor gleich einem oder größer als ein vorbestimmter, dynamischer Masse-Schwellenwert ist.
Einrichtung (12) zur Klassifikation von Insassen für ein Kraftfahrzeug (14), enthaltend eine Gewichterfassungsvorrichtung (24), die mit einer Sitzvorrichtung (20) gekoppelt ist und ein Signal für ein Gewicht erzeugt, einen Beschleunigungsmesser (26), der mit der Sitzvorrichtung (20) gekoppelt ist und ein Signal für eine Beschleunigung erzeugt, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (22), welche elektrisch mit der Gewichterfassungsvorrichtung (24) und dem Beschleunigungsmesser (26) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (22) als Reaktion auf das Gewichtssignal und das Beschleunigungssignal die Klassifikation der Insassen durch Verfolgen einer Frequenzbereichsdarstellung des Gewichtssignals dividiert durch das Beschleunigungssignal vornimmt, und wobei die Steuereinheit (22) die Amplitude und die Frequenz der Frequenzbereichsdarstellung auswertet, um das Gewicht eines auf der Sitzvorrichtung (20) befindlichen Objektes zu bestimmen.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) bei der Bestimmung der Klassifikation der Insassen eine Gegenmaßnahme auslöst, wenn ein dynamischer Frequenzfaktor gleich dem oder größer als ein vorbestimmter, dynamischer Masse-Schwellenwert ist.
Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Klassifikation des Objektes vorgesehen ist, welcher elektrisch mit der Steuereinheit (22) verbunden ist und ein Signal für die Klassifikation des Objektes erzeugt, wobei die Steuereinheit (22) bestimmt, ob die Gegenmaßnahme als Reaktion auf das Signal zur Klassifikation des Objektes ausgelöst wird.