DE10341578A1

DE10341578A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Objekts oder einer Person auf einem Sitz eines Verkehrsmittels

Info

Publication number: DE10341578A1
Application number: DE10341578A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Hofbeck; Lorenz Pfau; Birgit Dr. Rösel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: DE10341578B4; FR2860190B1; JP2005082147A; FR2860190A1

Abstract

Die Vorrichtung weist einen Transceiver (1) auf, der HF-Signale aussendet, die von Reflektoren (6) in den Sitzen (10) zurückreflektiert werden. Belegte Sitze werden anhand von Signallaufzeiten und/oder Reflektorkennungen und/oder Empfangsintensitäten erkannt. Zusätzlich wird anhand eines Gurtsensors (25, 26) erkannt, ob der Sicherheitsgurt (20) angelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Objekts oder einer Person auf einem Sitz eines Verkehrsmittels, um beispielsweise Fahrzeugfunktionen zu steuern.

Eine bekannte Vorrichtung ( US 6,199,904 B1 ) weist einen Transceiver mit einem HF-Sender (Hochfrequenz-Sender) und einem HF-Empfänger auf. Der Sender sendet HF-Strahlen zu einem Fahrzeugsitz, der eine reflektierende Oberfläche aufweist. Durch die Oberfläche werden die Strahlen reflektiert und zu dem Empfänger übertragen. Der Empfänger empfängt die reflektierten Signale und wertet die Intensität der empfangenen Signale aus. Wenn eine Person auf einem Sitz Platz genommen hat, so werden die Signale durch den Körper stark gedämpft, so dass dann eine Person als auf dem Sitz befindlich sofort erkannt werden kann.

Bei dieser Vorrichtung kann jedoch nicht unterschieden werden, ob das reflektierte Signale von der Sitzoberfläche stammt oder von einem sonstigen, reflektierendem Element. Infolgedessen kann die Sitzbelegung nicht mit Sicherheit erkannt werden.

Firmenintern wurde vorgeschlagen, als Transceiver einen Transceiver eines Zugangskontroll- und Fahrzeugstartsystems zu verwenden. Mit diesem kann anhand der Laufzeit der Signale die Entfernung zwischen Transceiver und Reflektor ermittelt werden. Aus der Kenntnis der Lage und Position des Sitzes können dann die von dem Reflektor reflektierten Signale von sonstigen Streusignalen unterschieden werden und anhand der Intensitäten der empfangenen Signale kann sicher festgestellt werden, ob eine Person auf dem Sitz Platz genommen hat.

Aus der Patentschrift DE 101 33 759 C2 ist eine Einrichtung zum Kontrollieren der Gurtführung des Sicherheitsgurtes bekannt. Mit Bildverarbeitung und Mustererkennung wird erkannt, wie viele Insassen vorhanden sind bzw. welche Sitzplätze belegt sind, welche Körperhaltung die Insassen einnehmen, welche Kopfposition, Ohren- und Mundposition die Insassen haben. Die Bildverarbeitung und Mustererkennung erkennt auch die Insassen (Insassenidentifizierung). Die Bildverarbeitung und Mustererkennung erkennt auch den Verlauf des Gurtes. Die Mustererkennung entscheidet auf der Basis der erkannten Körperhaltung, Kopfhaltung und des Gurtverlaufes, ob von dem Verlauf des Gurtes eine potentielle Gefahr ausgeht.

Bei dieser bekannten Vorrichtungen besteht der Nachteil, dass sie rein optisch funktioniert und durch optische Abschattungen oder Abdeckungen nicht erkannt werden kann, ob tatsächlich eine Person auf dem Fahrzeugsitz Platz genommen. Zudem ist die optische Bildverarbeitung sehr aufwändig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen eines Objekts oder einer Person auf einem Sitz eines Verkehrsmittels zu schaffen, bei der auch sicher erkannt werden kann, welche Sitze belegt sind und ob die darauf befindlichen Personen oder Objekt auch mit einem Sicherheitsgurt gesichert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Erkennen eines Objekts oder einer Person auf einem Sitz eines Verkehrsmittels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 7 gelöst.

Dabei weist die Vorrichtung einen oder mehrere HF-Sender auf, die im Fahrgastraum angeordnet sind und HF-Signale aussenden. Ein oder mehrere Reflektoren sind in oder an jeweils einem Sitz angeordnet. Die Reflektoren reflektieren die empfangenen HF-Signale zurück zu einem HF-Empfänger. Der HF-Empfänger demoduliert die Signale und leitet sie an eine Auswerteeinheit weiter, in der anhand der Signallaufzeit der Signale und/oder der in den HF-Signalen enthaltenen Codes oder Informationen und/oder der empfangenen Signalintensität ermittelt wird, ob ein Sitz belegt ist. Darüber hinaus wird mit Hilfe eines Gurtsensors erkannt, ob ein Sicherheitsgurt auch tatsächlich angelegt und damit die Person oder das Objekt auf dem Sitz gesichert ist.

Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie eigenständig und sicher erkennt, welche Sitze belegt und ob bei diesen Sitzen auch die Sicherheitsgurte angelegt sind.

Statt der Reflektoren können auch HF-Sender oder HF-Empfänger in den Sitzen angeordnet sein, wobei dann eine unidirektionale Übertragung zwischen HF-Sender und HF-Empfänger stattfindet, wobei diese derart angeordnet sind, dass das Objekt oder die Person mit Sicherheit im Strahlenverlauf liegen.

Die Reflektoren können die HF-Signale mit einer charakteristischen, für den Reflektor eigenen Information moduliert zurücksenden. Somit kann eindeutig erkannt werden, von welchem Reflektor das empfangene Signal stammt. Anhand der Signallaufzeit kann die tatsächliche Position des Reflektors ermittelt werden (die tatsächliche Position hängt unter anderem von der Stellung des Sitzes und der Neigung der Sitzlehne ab). Es kann zudem überprüft werden, ob das empfangene Signal einen Umweg, d.h. durch Mehrfachreflexion, auf seinem Weg vom Sender über den Reflektor zum Empfänger genommen hat. Mit dieser Vorrichtung kann auch allein schon eine Sitz- oder Platzbelegung erkannt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Gegenständen der Unteransprüche.

So kann als Gurtsensor ein einfacher Schalter verwendet werden, der im Gurtschloss derart angeordnet ist, dass er erkennt, ob der Sicherheitsgurt geschlossen ist und somit die Person oder das Objekt auf dem Sitz sichert.

Als Gurtsensor können auch ein oder mehrere Gurtreflektoren verwendet werden, die dem HF-Signal eine Information oder Kennung mitgeben. Zusammen mit beispielsweise der empfangenen Intensität kann festgestellt werden, ob der Gurt angelegt ist oder nicht.

Noch komfortabler ist es, wenn der Gurtsensor durch einen oder mehrere Gurtreflektoren gebildet wird, die jeweils auf oder in dem Sicherheitsgurt verteilt angeordnet sind. Durch mehrere verteilt angeordnete Reflektoren auf dem Sicherheitsgurt kann dann mit Hilfe der Abstandsmessung ein dreidimensionales Abbild des Sicherheitsgurts erstellt werden. Hieraus kann erkannt werden, ob der Sicherheitsgurt angelegt ist und welchen Umfang er umfasst. Somit kann auch beispielsweise erkannt werden, wie weit ein Person in dem Sitz – im angegurteten Zustand – vom Sitz weggebeugt ist.

Vorteilhaft sind der HF-Sender und der HF-Empfänger als ein Teil, und zwar als so genannter Transceiver, nahe beieinander oder in einer Einheit oder Gehäuse ausgebildet. Der Transceiver kann auch für ein ohnehin vorhandenes Zugangskontroll- und Fahrzeugstartsystem (Diebstahlschutzsystem) verwendet werden, da auch dort HF-Signale ausgesendet und empfangen sowie die Entfernung/Position eines Codegebers mit Hilfe einer Laufzeitmessung ermittelt werden. Ein solches Diebstahlschutzsystem ist mit seinen Elementen beispielhaft in der Offenlegungsschrift DE 199 57 536 A1 beschrieben, worauf hier ausdrücklich Bezug genommen werden soll. Die nähere Kenntnis eines solchen Diebstahlschutzsystems wird daher für den Fachmann als bekannt vorausgesetzt.

Die Reflektoren können als modulierende Reflektoren ausgebildet sein, wodurch ein empfangenes Signal beispielsweise mit Hilfe eines OFW-Elements (Oberflächenwelle) mit einem Code moduliert zurückgesendet wird. Es sind auch andere Möglichkeiten der modulierten Reflexion des HF-Signals möglich. Mit Hilfe der Modulation wird dem Signal zu dem HF-Empfänger eine charakteristische Kennung mitgegeben.

Wenn die Vorrichtung mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit verbunden ist, so kann einfach und schnell für eine Aufsichtsperson erkennbar angezeigt werden, welche Sitze belegt oder nicht belegt sind und welche Sicherheitsgurte angelegt sind oder nicht.

Die Reflektoren können nicht nur dazu benutzt werden, die Sitz- oder Platzbelegung zu erkennen, sondern auch um beispielsweise die tatsächliche momentane Position des Sitzes zu bestimmen oder die tatsächliche Position der Person auf dem Sitz. Die ermittelte Position kann dann an ein Fahrzeugsteuersystem, beispielsweise an ein Airbagsystem weitergegeben werden. Die ermittelte Position der Person und der Sitze kann auch für sonstige Steuergeräte bereitgestellt werden, durch die Fahrzeugfunktionen (benutzerindividuelles Einstellen der Sitze, Einstellen der Spiegeln beim Kraftfahrzeug, Klimaanlage, Gebläse, Innenlicht, usw.) des Verkehrsmittels komfortabel gesteuert werden. Es kann auch eine Wegfahrsperre ausgelöst werden, bei der sich das Verkehrsmittel erst dann benutzen (d.h. starten und wegfahren) lässt, wenn alle im Verkehrsmittel befindlichen Personen und die zu schützenden Objekte durch die Sicherheitsgurte gesichert sind.

Vorteilhafterweise wird der HF-Empfänger dazu verwendet, die aktuelle Position einer Person auf dem Fahrzeugsitz zu ermitteln und diese Position an ein Airbagsystem in einem Kraftfahrzeug weiterzuleiten, wodurch die Auslösung des Airbags im Falle eines Unfalls gesteuert werden kann. Da ein Airbagsystem ein für eine Person sicherheitskritisches System ist, ist es wichtig, dass die Reflektoren richtig funktionieren und jederzeit überprüft werden können sowie nicht ausfallen dürfen.

Vorteilhaft ist es, wenn der HF-Sender die Signale breitbandig moduliert aussendet und jeder Reflektor oder eine Gruppe von Reflektoren ihre Signale bei einer vorgegebenen Frequenz reflektieren. Zum Erkennen des angelegten Sicherheitsgurtes kann ein einziger HF-Sender einem Reflektor oder einem HF-Empfänger im Sitzbereich zugeordnet sein. Es können auch pro HF-Sender mehrere Sitze mit den HF-Signalen bestrahlt werden, um die Sitzbelegungen und die angelegten Sicherheitsgurte zu erkennen.

Bei Verwendung von mehreren HF-Sendern können die Signale in unterschiedlichen Übertragungskanälen, bei unterschiedlichen Trägerfrequenzen, mit einem Frequenzmultiplex-, einem Zeitmultiplex- oder einem gemischten Multiplexverfahren (d.h. Abschnittsweise abhängig von Zeit und/oder Frequenz) ausgesendet werden, damit schädliche Signalüberlagerungen bei der Rücksignalen zu dem HF-Empfängern möglichst vermieden werden.

Die Reflektoren können die Signale auch unterschiedlich polarisiert zurücksenden. Falls die HF-Empfänger unterschiedlich polarisierte Signale empfangen können, so kann damit mit einem Sender mehrere Sitze mit Reflektoren bedient werden, um noch zwischen den einzelnen Reflektoren unterscheiden zu können. So können beispielsweise linear polarisierte Signale mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen oder auch elliptisch polarisierte Signale erzeugt werden.

Vorzugsweise wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Kraftfahrzeug verwendet, um alle Sitze im Kraftfahrzeug zu überwachen und um festzustellen, ob auch alle Personen im Kraftfahrzeug angegurtet sind. Eine Vorrichtung mit mehreren HF-Sendern kann in einem Omnibus verwendet werden, um dem Fahrer auf einen Blick anzuzeigen, ob sich auch alle Fahrgäs te angeschnallt haben. Das gleich ist bei einem Flugzeug, einem Passagierschiff oder einem Schienen gebundenen Fahrzeug möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit darauf befindlicher Person mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2A und 2B Fahrzeugsitze jeweils mit einem Sicherheitsgurt,
3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit einer Autobabyschale und
5 eine Seitenansicht einer Sitzreihe in einem Verkehrsmittel, wie Omnibus oder Flugzeug.
In den Figuren tragen gleiche oder funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – dieselben Bezugszeichen.
Eine Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Objekts oder einer Person auf einem Sitz eines Verkehrsmittels wird im Folgenden beispielhaft anhand der Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit Personen als Objekte, die sich auf einem Sitz des Fahrzeugs befindet, erläutert.
Eine solche Vorrichtung weist einen oder mehrere Transceiver 1 mit jeweils einem HF-Sender 2 und einem HF-Empfänger 3 im Armaturenbrett 4 (1), in der Mittelkonsole, im Dachhimmel 5 und/oder im Rückspiegel auf. In den Sitzen 10 sind mehrere Reflektoren 6 in der Sitzfläche 13, der Rückenlehne 12 und/oder der Kopfstütze 11 angeordnet. Die Reflektoren 6 sind vorteilhafterweise in Bereichen in den Sitzen 10 angeordnet, in denen eine Person 7 den Sitz 10 beim Sitzen üblicherweise berührt oder die Person 7 durch ihren Körper gegenüber dem HF-Sender 2 zumindest teilweise abdeckt.
Von den HF-Sendern 2 werden HF-Signale in Richtung auf den Fahrzeugsitz 10 ausgesendet. Diese Signale werden von Reflektoren 6 in den Sitzen 10 unmittelbar oder mit einem Code moduliert reflektiert. Die HF-Empfänger 3 empfangen die Signale und werten diese anhand der empfangenen Intensität, der Signallaufzeit und/oder dem in dem Signal enthaltenen Code aus.
Wenn sich eine Person 7 oder ein sperriger Gegenstand (Objekt) auf einem Sitz 10 befindet, so decken diese in der Regel die Reflektoren 6 zumindest teilweise ab, d.h. sie liegen im Strahlengang zwischen einem Transceiver 1 und zumindest einem zugeordneten Reflektor 6. HF-Sender/HF-Empfänger 2, 3 und Reflektoren 6 sind so angeordnet, dass der direkte Übertragungsweg dazwischen normalerweise durch eine Person 7 auf dem Sitz 10 hindurchgeht. Die HF-Signale, die von den HF-Sendern 2 ausgesendet werden, durchdringen daher den Körper und werden dabei je nach physikalischer Beschaffenheit mehr oder weniger gedämpft.
Auch die von den Reflektoren 6 zurückreflektierten Signale gehen zumindest teilweise durch den Körper der Person 7 und werden ebenfalls gedämpft. Somit gelangen die Signale stark gedämpft zu den HF-Empfängern 3. Anhand der Intensität, der Signallaufzeitmessung und/oder des zurückreflektierten Codes (oder Information, die in dem Signal enthalten ist, wie beispielsweise einer Kennung) kann dann der Abstand dazwischen und somit genau ermittelt werden, ob sich eine Person 7 auf dem Sitz 10 befindet und zusätzlich – beispielsweise über Triangulationsverfahren – in welcher Position sie sich befindet.
Vorteilhaft ist es, die Reflektoren 6 als Reflektoren zu betreiben, die dem zu reflektierenden Signal eine Information hinzufügen. So können die Reflektoren 6 beispielsweise mit einer Frequenz von 32 kHz getaktet werden. Diese Information wird dem Signal quasi "aufmoduliert" und zurück zu dem HF-Empfänger 3 gesendet. Den Signalen kann auch eine sonstige Information (in Form einer Frequenz, eines Codes, usw.) hinzugefügt werden, um zu erkennen, von welchem Reflektor 6 ein Signal empfangen wird. Mit Hilfe der Kennung des jeweiligen Reflektors 6 und/oder der Signallaufzeitmessung können andere Signale, die durch Mehrfachreflexionen zu dem Empfänger 3 gelangt sind, bei der Auswertung unberücksichtigt bleiben.
Falls ein Reflektor 6 die HF-Signale ungedämpft empfängt und die Reflexionen davon auch weitgehend ungedämpft zurück zu dem HF-Empfänger 3 gelangt, so kann festgestellt werden, dass sich in diesem Bereich des Reflektors 6 keine Person 7 befindet. Denn die Strahlung, die durch einen menschlichen Körper durchgeht, wird stark gedämpft (bei einfachem Durchgang etwa 30 dB). Wenn die Dämpfung in der Größenordnung von etwa 30 dB liegt, so kann geschlossen werden, dass das Signal den Körper nur einmal durchlaufen hat. Wird das Signal hingegen in der Größenordnung von etwa 60 dB gedämpft, so kann aufgrund der hohen Dämpfung angenommen werden, dass das Signal vor dem Reflektieren den Körper durchdrungen und danach nochmals durchdrungen hat.
Bei Objekten hängt die zurückerhaltene Intensität von der Leitfähigkeit des Objekts ab. Bei nicht leitfähigen Objekten findet kaum eine Dämpfung statt. Anhand der Information oder Kennung des Reflektors 6, 26 kann dennoch erkannt werden, von wo das empfangene HF-Signal stammt. Hoch leitfähige Objekte hingegen reflektieren das HF-Signal weitgehend ohne größere Verluste. Allerdings "schatten" diese die Reflektoren 6, 26 zumindest teilweise ab, so dass nur von einem Teil der Reflektoren 6, 26 ein Signal mit einer Information oder Kennung zurückkommt. Somit kann dann auf ein Objekt geschlossen werden, das sich auf einem Sitz 10 befindet.
Mit vielen kleinen, verteilt in den Sitzen 10 (Kopfstütze 11, Rückenlehne 12 und Sitzfläche 13) angeordneten Reflektoren 6 kann die genaue Ausdehnung des Körpers oder Objekts festgestellt werden, da die Positionen der Reflektoren 6 und diejenigen der Transceiver 1 relativ dazu bekannt sind.
Es kann auch jeder Reflektor 6 seinen eigenen Code aufweisen, der dann zurück zu den HF-Empfänger 3 gesendet wird. Dadurch ist feststellbar, an welchem der Reflektoren 6 ein Signal moduliert reflektiert wurde. Selbst wenn Signale empfangen werden, die zuvor mehrfach an Reflektoren 6 und sonstigen Gegenständen im Kraftfahrzeug reflektiert wurden, können anhand der Intensität und/oder der Signallaufzeit und/oder des Codes die Signale einem Reflektor 6 eindeutig zugeordnet werden.
Als Reflektoren 6 können so genannte Backscatter verwendet werden. Bei diesen unterscheidet man zwischen einem passiven Backscatter, einem semipassiven Backscatter, einem semiaktiven Backscatter oder einem aktiven Backscatter.
Ein passiver Backscatter weist eine reflektierende Oberfläche auf. Durch einen ε_R-Sprung (Sprung der relativen Dielektrizitätskonstanten ε_R oder Änderung der elektrischen Leitfähigkeit weist der Feldwellenleitwiderstand einen Sprung auf. Es besteht ein konstanter Rückstreuquerschnitt, so dass keine Modulation erfolgt (wie ein Spiegel).
Ein semipassiver Backscatter weist ebenfalls eine reflektierende Oberfläche auf. Allerdings liegt ein zeitlich veränderlicher Rückstreuquerschnitt vor (z.B. durch einen Schalttransistor). Es findet jedoch keine Signalverstärkung und keine Signalgeneration bei der Reflektion statt.
Der semiaktive Backscatter ist ähnlich dem semipassiven Backscatter, weist aber eine Verstärkung des zu reflektierenden Signals auf.
Bei einem aktiven Backscatter wird das zu reflektierende Signal im Backscatter erzeugt. Hierzu weist der aktive Backscatter einen eigenen Oszillator auf, durch den eine phasenkohärentes Signal zurückgestrahlt wird.
Solche Reflektoren 6 können einfach ausgestaltet und kleine Abmessungen haben, so dass sie an jeder beliebigen Stelle, vorzugsweise in oder an der Rückenlehne 12, in, auf oder unter der Sitzfläche 13 oder in/an der Kopfstütze 11 angeordnet sein können.
Da die HF-Signale zwischen dem Transceiver 1 und den oder mehreren Reflektoren 6 auch unmittelbar hin und her übertragen werden, kann mit Hilfe einer oder mehreren Signallaufzeitmessung auch die genaue Position des Sitzes 10 bestimmt werden. Da die Signale beim Durchgang durch einen menschlichen Körper stark gedämpft werden, können sogar Beugungseffekte zum Erkennen einer vorverlagerten Position einer Person 7 ausgenutzt werden. Durch die Beugung der Signale oder der HF-Strahlung gelangt immer noch ein – zwar geringerer – Teil der Signale nur leicht gedämpft zu den Reflektoren 6. Anhand der Intensität, die dann von dem HF-Empfänger 3 empfangen wird, kann erkannt werden, wie weit eine Person 7 vorgebeugt ist. Die geringste, physikalisch zu erfassende Vorverlagerung des Oberkörpers einer auf dem Sitz 10 befindlichen Person 7 hängt von der Sendefrequenz (Wellenlänge) oder der Einbautiefe der Reflektoren 6 in den Sitzen 10 ab.
Anhand der Intensität des reflektierten Signals kann der Neigungswinkel oder die Vorverlagerung der Person 7 ermittelt werden. Je mehr und kleinere Reflektoren 6 in den Sitzen verwendet werden, um so größer ist die Ortsauflösung und um so genauer kann die Position einer Person 7 oder eines Objekts auf den Sitzen 10 erkannt werden. Es können auch mehrere HF-Empfänger 3 in den Sitzen angeordnet werden, um die Position genauer zu erkennen.
Diese Sitzbelegungs- und auch Positionsinformationen können anderen Systemen im Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden. Solche anderen Systeme können beispielsweise ein Airbagsystem, ein Sitzverstellungssystem, das auf die individuellen Einstellungen eines Benutzers abgestimmt ist, ein Spiegelverstellsystem etc. sein.
Vorzugsweise werden die HF-Signale bei einer Trägerfrequenz von 2,4 GHz ausgesendet. Selbstverständlich können auch andere Frequenzen im HF-Bereich (433 MHz oder 868 MHz) oder Mikrowellen-Bereich (24 GHz) verwendet werden und mit einer solchen Intensität ausgesendet werden, die für den Menschen unschädlich sind.
HF-Sender 2 und -Empfänger 3 müssen nicht unbedingt an einem Ort oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Wichtig ist es, dass der HF-Empfänger 3 reflektierte HF-Signale empfängt, die von einem HF-Sender 2 ausgesendet und gegebenenfalls an einem Objekt reflektiert wurden. Die empfangenen HF-Signale werden an eine interne Auswerteeinheit 9 weitergegeben, die dann das Ermitteln der Sitzbelegung und/oder Position einer Person 7 auf einem Fahrzeugsitz 10 vornimmt.
Statt der Reflektoren 6 kann auch nur eine unidirektionale Übertragung zum Erkennen einer Sitzposition oder Sitzbelegung verwendet werden. Dann befindet sich entweder ein HF-Sender 2 oder ein HF-Empfänger 3 im Sitz 10 während das Gegenstück fahrzeugseitig so angeordnet ist, dass im Normalfall der Übertragungsweg durch einen auf einem Sitz 10 platzierten Körper geht. Da die Auswerteeinheit 9 unverwechselbar mit dem HF-Sender 2 und dem HF-Empfänger 3 verbunden ist, entspricht dies in seiner Funktion der Kennung der Reflektoren 6. Zusammen mit der empfangenen Signalstärke (Intensität) oder der Signallaufzeit (Abstand) kann dann die Position der Person 7 genau erkannt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die übertragenen und empfangenen Signale, die durch einen Körper auf einem Sitz 10 gedämpft oder ungedämpft von einem HF-Sender 2 zu einem HF-Empfänger 3 (und gegebenenfalls von einem Reflektor 6 reflektiert) übertragenen werden, hinsichtlich ihrer in ihnen enthaltenen Codes und/oder ihrer Signallaufzeit und/oder ggf. ihrer Intensität ausgewertet. Dadurch ist es möglich eine Person 7 oder ein sperriges Objekt auf einem Sitz 10 (vorzugsweise auf den Vordersitzen eines Kraftfahrzeugs) zu erkennen.
Anhand der Kennung oder der Codierung der Reflektoren 6 kann auch erkannt werden, welche Sitze belegt sind, wenn ein Transceiver 1 mehrere Sitze mit den HF-Signalen bestrahlt. Es kann auch für jeden Sitz 10 ein eigener Transceiver 1 (d.h. HF-Sender 2 und HF-Empfänger 3) vorhanden sein, dessen Signale nur zu bestimmten Sitzen 10 und Reflektoren 6 entsprechend der Richtcharakteristik beim Senden und Reflektieren übertragen werden.
Die Position der Reflektoren 6 oder von dem HF-Sender 2 oder dem HF-Empfänger 3 im Sitz 10 wird so gewählt, dass der HF-Signal-Übertragungsweg zwischen HF-Sender 2 und HF-Empfänger 3 gegebenenfalls noch über einen Reflektor 6 möglichst durch den Körper einer auf dem Sitz 10 befindlichen Person 7 abgedeckt ist (damit die Person 7 auf dem Sitz 10 erkannt werden kann).
Üblicherweise ist in Kraftfahrzeugen für zumindest die Vordersitze ein Sicherheitsgurt 20 (2A und 2B) in vielen Ländern vorgeschrieben, mit dem sich Personen 7 auf dem Sitz 10 während der Fahrt anschnallen sollen, um im Falle eines Unfalles nicht vom Sitz 10 geschleudert zu werden.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Erkennen eines Objekts oder einer Person 7 auf einem Sitz 10 eines Verkehrsmittels einen oder mehrere Gurtsensoren 25, 26 auf, durch die erkannt wird, ob ein Objekt oder eine Person 7 auf einem Sitz 10 mit dem Sicherheitsgurt 20 gesichert ist. Es soll also erkannt werden, ob der Sicherheitsgurt 20 auch tatsächlich angelegt ist.
Im einfachsten Falle ist der Gurtsensor 25, 26 als einfacher Schalter (auch als Gurtschlossschalter 25 bezeichnet; 3) ausgebildet, der im Gurtschloss 21 angeordnet ist und schaltet, sobald die Gurtschnalle 22 in das Gurtschloss 21 eingerastet wird. Der Schalter 25 ist mit der Auswerteeinheit 9 verbunden, die auch die Sitzbelegungserkennung mit Hilfe der Transceiver 1 und der Reflektoren 6 durchführt. Der Gurtsensor 25, 26 liefert ein Gurtsensorsignal an die Auswerteeinheit 9, anhand dessen die Auswerteeinheit 9 erkennt, ob der Sicherheitsgurt auch eingerastet oder angelegt ist. Somit kann also erkannt werden, ob ein Sitz 10 belegt ist und ob der zugehörige Sicherheitsgurt 20 eingerastet ist.
Falls der Gurtsensor 26 eine eigene Energieversorgung benötigt, so kann dies über eine Spannungsquelle 27 geschehen, die über das Gurtschloss 21 oder die Gurtaufhängung 24 (Gurtaufroller) und eine Spannungsversorgungsleitung 28 im Gurtband 23 mit dem Reflektor 26 elektrisch verbunden ist. Eine induktive oder kapazitive, drahtlose Energieversorgung ist selbstverständlich auch möglich.
Allerdings kann es – unvernünftigerweise – vorkommen, dass ein Sicherheitsgurt 20 wie in 2A dargestellt zwar eingerastet ist, aber sich eine Person 7 auf den Sicherheitsgurt 20 drauf setzt. Die Person wäre in diesem Falle nicht mit dem Sicherheitsgurt 20 gesichert. Im Falle eines Gurtschlossschalters 25 allein könnte nicht erkannt werden, dass die Person 7 auf dem Sicherheitsgurt 20 drauf sitzt, da der Sitz 10 belegt ist und der Gurt 20 eingerastet ist. Der Gurtschlossschalter 25 wäre also aktiviert.
Anders ist der Sachverhalt, wenn der Gurtsensor 25, 26 als ein oder mehrere Gurtreflektoren 26 ausgebildet ist, die verteilt in dem Gurt 20 – beispielsweise durch Einweben von metallischen Fäden in das Gurtband 23 – angeordnet sind. Mit Hilfe der Gurtreflektoren 26, die genauso funktionieren wie die Reflektoren 6 in den Sitzen 10, kann der Abstand zwischen dem jeweiligen Gurtreflektor 26 und dem Transceiver 1 ermittelt werden. Daraus ist dann ersichtlich, ob der Gurt 20 – wie in 2B dargestellt – nicht angelegt ist oder den Körper der Person 7 sichert und damit angelegt ist. Falls eine Person 7 auf dem eingerasteten Sicherheitsgurt 20 sitzen sollte, so wird dies über eine Intensitätsmessung (und anschließendem Vergleich der empfangenen Signalstärke mit der ausgesendeten Signalstärke) erkannt. Denn die HF-Signale vom HF-Sender 2 gehen dann zunächst durch den Körper zu den Gurtsensoren 26 und werden von diesen reflektiert. Bevor die Signale den Empfänger 3 erreichen, gehen sie nochmals durch den Körper der auf dem Sitz 10 befindlichen Person 7 und werden wiederum gedämpft. Wäre die Person 7 korrekt angeschnallt, würden die Signale weitgehend ungedämpft beim Empfänger 3 ankommen. Zusätzlich kann über den Gurtschlossschalter 25 erkannt werden, ob die Gurtschnalle 22 auch tatsächlich in das Gurtschloss 21 eingerastet ist.
Wenn mehrere Gurtreflektoren 26 in dem Gurt 20 angeordnet sind, so kann auch ein dreidimensionales Abbild (3-D-Bild) des Gurtverlaufs erstellt werden, mit dessen Hilfe dann zusammen mit der Positionsinformation der Person 7 oder des Objekt, die äußeren Umfangsabmessungen der Person 7 oder des Objekts sowie die Gurtausziehlänge genauer bestimmt werden können.
Es können auch Kombinationen von Gurtschlossschalter 25 und Gurtreflektoren 26 verwendet werden, um die Funktionalität der Vorrichtung und damit das sichere Erkennen einer angeschnallten Person 7 zu verbessern.
Die Information, welche Sitze 10 belegt sind und bei welchen auch noch die Person 7 oder die Objekte auf den Sitzen 10 durch den Sicherheitsgurt 20 gesichert sind, können über die Auswerteeinheit 9 einem zentralen Steuergerät 8 (ECU = Electronic Control Unit) mit einer optischen und/oder akustischen Anzeige zugeführt werden. Somit kann beispielsweise ein Busfahrer erkennen, ob sich auch alle Fahrgäste angeschnallt haben oder ob Fahrgäste den Gurt 20 nicht korrekt angelegt haben. Die Anzeige kann durch Sprache, durch ein akustisches Signal (Hinweis-Ton) oder auch grafisch über ein Display erfolgen. Eine akustische oder optische Gurtwarnung kann für den Fahrer ausgegeben werden, falls eine Person 7 auf irgendeinem Sitz 10 nicht ordnungsgemäß angeschnallt ist.
Der HF-Empfänger 3 und eine daran angeschlossene Auswerteeinheit 9 können die Informationen auch einem Komfortsteuerungssystem in dem Verkehrsmittel zuführen, wodurch zumindest eine fahrzeugspezifische Funktion abhängig von dem Vorhandensein einer Person 7 oder eines Objekts auf einem Sitz 10 und/oder abhängig vom angelegten Sicherheitsgurt 20 gesteuert werden kann. So kann ein passives Rückhaltesystem (Airbag) abhängig von der Sitzbelegungsinformation und der Gurtsicherungsinformation gesteuert werden (falls eine Person nicht angegurtet ist, so darf der entsprechend zugeordnete Airbag wegen hoher Verletzungsgefahr nicht auslösen).
Die Informationen können auch für ein Zugangskontroll- und Motorstartsystem verwendet werden, um beispielsweise die Türen noch nicht zu verriegeln, wenn sich noch eine Person 7 angeschnallt auf einem Sitz 10 befindet, während der Fahrer das Fahrzeug verlässt. Eine Startfreigabe könnte auch nur dann erteilt werden, wenn eine Person 7 auf dem Fahrersitz angeschnallt ist.
Mit dieser Vorrichtung kann auch erkannt werden, ob Objekte oder Gegenstände auf den Sitzen 10 oder an bestimmten Plätzen im Verkehrsmittel mit einem Gurt 20 gesichert sind. In 4 ist als Gegenstand ein Kindersitz oder eine Babyschale dargestellt, die sich auf einem Sitz 10 befindet. Mittels des Transceivers 1 und den Reflektoren 6 kann erkannt werden, dass sich ein kleines Objekt auf dem Sitz 10 befindet. Durch Abfrage der Gurtreflektoren 26 kann bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 erkannt werden, dass die Babyschale auf dem Sitz 10 nicht durch den Sicherheitsgurt 20 gesichert ist. Beim Motorstart sollte dann eine Warnung an den Fahrer erfolgen.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung für einen Omnibus dargestellt. Gezeigt ist ein Teil einer Sitzreihe mit mehreren Sitzen 10, auf denen jeweils eine Person 7 Platz genommen hat. Mehrere Sitzreihen können – wie in einem Omnibus – parallel zueinander angeordnet sein.
Die Personen 7 sind mit Sicherheitsgurten 20 (dargestellt sind Beckengurte, wie sie derzeit in Flugzeugen üblich sind) angeschnallt. Über verteilt angeordnete und einem oder mehreren Sitzen 10 zugeordneten Transceivern 1 sowie damit korrelierende Reflektoren 6 in den Sitzen 10 kann die Sitzbelegung festgestellt werden. Durch Gurtreflektoren 26 oder Gurtschlossschalter 25 kann erkannt werden, welche Personen 7 auch tatsächlich angeschnallt sind. Somit kann der Busfahrer auf seiner Anzeigeinheit im Cockpit erkennen, ob auch alle Fahrgäste angeschnallt sind.
Diese Ausführung kann auch bei einem Flugzeug verwendet werden, wo ähnliche Verhältnisse bezüglich Sitzen und Anschnallpflicht zumindest bei Start und Landung (oder bei Turbulenzen während des Flugs) gegeben sind. Eine Stewardess kann auf einer Anzeigeeinheit im Servicebereich erkennen, ob alle Fluggäste angeschnallt sind, ohne durch die Sitzreihen zu gehen und eine zeitaufwändige, optische Inspektion vorzunehmen.
Bei Omnibussen oder Flugzeugen genügt es, wenn ein einziger Reflektor 6 pro Sitz 10 an einer Stelle im Sitz 10 derart an geordnet ist, dass dann die Person 7 genau im Strahlengang zwischen Sender 2 und Reflektor 6 und/oder Reflektor 6 und Empfänger 3 liegt. Damit wird der Reflektor 6 durch eine sitzende Person 7 mit Sicherheit abgedeckt und die Sitzbelegung kann automatisch erkannt werden.
Damit sich bei der Abfrage der Reflektoren 6 und Gurtreflektoren 26 die reflektierten Signale nicht gegenseitig überlagern und stören, ist es vorteilhaft, dass jeder Reflektor 6 mit seiner eigenen Frequenz antwortet. Damit Störer bei einzelnen Frequenzen die Messung nicht beeinträchtigen oder um auch mehrere Reflektoren 6 anzusprechen, werden die HF-Signale innerhalb eines Übertragungskanals breitbandig moduliert ausgesendet. Dann kann beispielsweise der erste Gruppe von Reflektoren 6 so ausgestaltet sein, dass sie bei einer Modulationsfrequenz von 0 – 20 MHz, die zweite Gruppe bei 20 MHz bis 40 MHz, usw. die HF-Signale reflektieren, wobei die HF-Signale bei einer Trägerfrequenz von etwa 2,4 GHz breitbandig moduliert ausgesendet werden können. Breitbandig moduliert bedeutet dabei, dass der Übertragungskanal beispielsweise bei 2,4 GHz etwa 80 MHz breit sein kann. Wenn z.B. vier HF-Sender 2 vorhanden sind, so kann jeder HF-Sender 2 jeweils Sendesignale innerhalb 20 MHz stetig oder stufenweise die Frequenz erhöhend (sweep) oder erniedrigend aussenden, so dass der erste HF-Sender 2 von 0 bis 20 MHz, der nächste von 20 bis 40 MHz, usw. mehrere Signale mit veränderter Frequenz innerhalb der Bandbreite des zugelassenen Übertragungskanals aussenden.
Die Signale können auch in unterschiedlichen Übertragungskanälen mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen ausgesendet werden, um Interferenzen bei den Signalübertragung zu vermeiden.
Zum Aussenden und Empfangen können auch Frequenzmultiplex- (frequenzabhängig gestaffelt), Zeitmultiplex- (zeitlich gestaffelt) oder gemischte Verfahren eingesetzt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Sitzbelegungen und die Informationen zum eingeklinkten Sicherheitsgurt 20 sicher von jeder einzelnen Sitzposition erhalten werden.
Die Reflektoren 6 können auch so ausgestaltet sein, dass sie die HF-Signale unterschiedlich polarisiert zurücksenden. So könnte ein erste Reflektor 6 das HF-Signal bei einem Polarisationswinkel von 0° und ein zweiter Reflektor sein HF-Signal bei einem Polarisationswinkel von 90° zurücksenden. Auch eine elliptische oder zirkulare Polarisation wäre möglich, solange der HF-Empfänger 3 diese Signale eindeutig und unterscheidbar empfangen kann.
HF-Sender 2 und HF-Empfänger 3 können einzeln oder als gemeinsamer Transceiver 1 am Fahrzeughimmel, der A-Säule, der B-Säule (bei Vans in jeder oder nur einer Säule), an den Säulen zwischen den Fenstern bei einem Omnibus, am Armaturenbrett 4, an den Sitzen 10, im Rückspiegel, am Dach oder der Decke oder an sonstig geeigneter Stelle im Verkehrsmittel angeordnet sein. Die Reflektoren 6 können an oder in den Sitzen 10, in der Nähe der Sitze 10 oder unter sowie hinter den Sitzen 10 so angeordnet sein, dass ein eventuell auf einem Sitz 10 befindliches Objekt oder Person 7 zwischen dem Transceiver 1 und dem Reflektor 6 liegt. Die Gurtreflektoren 26 können nachträglich auf das Gurtmaterial aufgebracht werden oder in das Gurtmaterial z.B. durch Einweben metallischer Leiter eingebracht werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein energiesparende Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mit der die Positionserkennung und Sitzbelegungserkennung sehr schnell (bereits innerhalb von wenigen Millisekunden) vorgenommen werden kann.
Unter einem Verkehrsmittel sind Kraftwagen (Pkw, Lkw, Omnibusse), Schienenfahrzeuge, Schwebebahnen, Seil- oder Sesselbahnen, Flugzeuge und Schiffe zu verstehen, bei denen Personen 7 auf einem Sitz 10 Platz nehmen können und vorteilhafterweise sowie der Personensicherheit dienlich während der Fahrt durch einen Sicherheitsgurt gesichert sind. Es können auch Objekte auf den Sitzen 10 oder vorgegebenen Plätzen erkannt werden, wobei die Objekte, wie beispielsweise Kindersitze oder Pakete mit einem Sicherheitsgurt 20 auf dem Sitz 10 oder an dem Platz gesichert sind. Statt auf Sitzen 10 können die Personen 7 oder Objekte auch auf anderen, funktionell gleichwertigen Gegenständen mit Sicherheitsgurten während der Fahrt gesichert sein.
Die Sicherheitsgurte 20 können als Zwei-Punkt-Gurte (üblicherweise ein Beckengurt oder ein Diagonalgurt), als Drei-Punkt-Gurte (wie im Kraftfahrzeug üblich mit zwei unteren und einer oberen Gurtaufhängung 24 oder Gurtbefestigung), als Vier-Punkt-Gurte (so genannte Hosenträgergurte), als Fünf-Punkt-Gurte (Kombination von Zwei- und Drei-Punkt-Gurt) oder auf andere geeignete Weise ausgeführt sein. Mit den Gurten wird eine Person, ein Objekt, ein Gegenstand oder eine Ware auf einem Platz während der Fahrt gesichert. Es können also alle Anschnallsysteme und Rückhaltegurte verwendet werden, die eine Person oder ein Objekt sichern.
Unter dem Begriff "Kennungen" der Reflektoren 6, 26 kann beispielsweise verstanden werden, dass die Reflektoren 6, 26 bei einer Frequenz von beispielsweise 32 kHz getaktet werden und somit dem Signal zu dem HF-Empfänger 3 eine charakteristische Information hinzufügen, die den jeweiligen Reflektor 6, 26 identifizieren oder überhaupt erkennen lassen, dass das Signal von diesem Reflektor 6, 26 kommt. Die Reflektoren 6, 26 können die empfangenen HF-Signale auch codieren und dann zurücksenden. Dann weisen die Reflektoren ebenfalls charakteristische Kennungen oder charakteristische Informationen auf, die sie dem reflektierten Signal mitgeben.

Claims

Vorrichtung zum Erkennen eines Objekts oder einer Person (7) auf einem Sitz (10) eines Verkehrsmittels mit – zumindest einem HF-Sender (2), der in der Nähe eines Sitzes (10) angeordnet ist und HF-Signale aussendet, – einem oder mehreren Reflektoren (6), die an oder in einem Sitz (10) angeordnet sind, wobei die Reflektoren (6) die HF-Signale reflektieren, – einem HF-Empfänger (3), der HF-Signale empfängt, – einer Auswerteeinheit (9), die mit dem HF-Sender (2) und dem HF-Empfänger (3) verbunden ist und aus der Signallaufzeit zwischen Aussenden und Empfangen und/oder der in den HF-Signalen enthaltenen Informationen und/oder einer empfangenen Signalstärke eine Belegung des oder der Sitze (10) erkennt, – mit einem Sicherheitsgurt (20), mit dem das Objekt (14) oder die Person (7) auf dem Sitz (10) gesichert werden kann, und – mit einem Gurtsensor (25, 26), der ebenfalls mit der Auswerteeinheit (9) verbunden ist und mit dessen Hilfe erkannt wird, ob der Sicherheitsgurt (20) auch tatsächlich angelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtsensor (25, 26) ein Gurtschlossschalter (25) in einem Gurtschloss (21) des Sicherheitsgurtes (20) ist, der beim Einrasten der Gurtschnalle (22) in das Gurtschloss (21) betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtsensor (25, 26) ein Gurtreflektor (26) ist, der auf oder in dem Sicherheitsgurt (20) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Sender (2) und der HF-Empfänger (3) als gemeinsame Einheit ausgebildet sind und so einen Transceiver (1) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigevorrichtung (8) vorhanden ist, die anzeigt, ob oder welche Sitze belegt und/oder ob oder welche Sicherheitsgurte (20) angelegt oder nicht angelegt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Sender (2) sowie der HF-Empfänger (3) und eine daran angeschlossene Auswerteeinheit (9) Teil eines Komfortsteuersystems in einem Kraftfahrzeug sind, wodurch zumindest eine fahrzeugspezifische Funktion abhängig von dem Vorhandensein einer Person (7) oder eines Objekts auf einem Sitz (10) und/oder abhängig vom angelegten Sicherheitsgurt (20) gesteuert wird.
Verfahren zum Erkennen eines Objekts oder einer Person (7) auf einem Sitz (10) eines Verkehrsmittels bei dem – von einem HF-Sender (2) HF-Signale ausgesendet und diese unmittelbar oder mittelbar von einem Reflektor (6) reflektiert von einem HF-Empfänger (3) empfangen werden, – aus der Signallaufzeit zwischen Aussenden und Empfangen und/oder der in den HF-Signalen enthaltenen Information und/oder dem empfangenen Signalstärke eine Belegung des oder der Sitze (10) ermittelt wird, und bei dem – aus einem Gurtsensorsignal erkannt wird, ob bei erkannter Sitzbelegung der Sicherheitsgurt (20) angelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Sender (2) die HF-Signale breitbandig moduliert aussendet und jeder Reflektor (6) oder eine Gruppe von Reflektoren (6) ihre Signale bei einer vorgegebenen Frequenz reflektieren.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung mehrerer HF-Sender (2) die Signale in unterschiedlichen Übertragungskanälen, bei unterschiedlichen Modu lationsfrequenzen oder zeitlich gestaffelt ausgesendet werden.
Verfahren nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (6) die Signale unterschiedlich polarisiert zurücksenden und die HF-Empfänger (3) unterschiedlich polarisierte HF-Signale empfangen können.