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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines
Objekts oder einer Person auf einem Sitz eines Verkehrsmittels,
um beispielsweise Fahrzeugfunktionen zu steuern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
weitere, bekannte Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung (
US 2003/0136600 A1 )
dient zum Erkennen des Gesundheitszustands einer auf einem Sitz
befindlichen Person. Zur Sitzbelegungserkennung weist sie einen
Sender auf, der Ultraschallsignale aussendet. Die an dem Objekt
reflektierten Wellen werden von Empfängern empfangen und mit Referenzmustern
verglichen. So kann erkannt werden, ob der Sitz und mit welchem
Objekt der Sitz belegt ist. Die erhaltene Information wird dazu
verwendet, den Airbag zu steuern. Darüber hinaus kann beispielsweise
die Sitzposition erkannt werden. Hierzu sind Resonatoren an verschiedenen
Stellen des Sitzes angeordnet. Die von den Resonatoren zurück gespiegelten
Signale werden von Empfängern
empfangen und ausgewertet. Somit wird die genaue Sitzposition erkannt
und kann in dem Sitzspeicher abgespeichert werden. Diese Reflektoren
dienen jedoch nicht dazu, Personen oder Objekte auf den Sitzen zu erkennen,
sondern lediglich dazu, die Position des Sitzes zu erkennen und
festzuhalten.
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Bei
der bekannten Vorrichtung können
auch Gurtsensoren vorhanden sein, durch die der Ort des Gurts und
damit erkannt wird, ob der Gurt in Benutzung ist. Durch diese Information
kann die Entfaltung des Airbags genauer gesteuert werden Eine andere Vorrichtung
(
DE 101 24 915 A1 )
dient zum Erfassen des Belegungszustandes eines Sitzes. Sie weist
einen Sender auf, der hochfrequente Signale zu einem Empfänger aussendet.
Die empfangene Leistung hängt
dabei davon ab, ob sich eine Person zwischen Sender und Empfänger befindet
und wird hinsichtlich ihrer Größe gemessen
und ausgewertet. Eine solche Vorrichtung weist weder Reflektoren
noch Gurtsensoren auf, um eine Person zu erkennen und zu erkennen
ob diese auch tatsächlich
angeschnallt ist.
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Aus
einer weiteren Vorrichtung (
DE 196 37 108 A1 ) ist ein Insassenschutzsystem
für Kraftfahrzeuge
bekannt, bei dem die Sitzposition von Insassen kontinuierlich überwacht
wird. Hierzu ist eine Abstandmesseinrichtung vorgesehen, die Signale
aussendet, die von Reflektoren auf dem Sicherheitsgurt reflektiert
werden. Hier werden nur die Abstände
zwischen den Reflektoren und dem Sender bzw. Empfänger gemessen.
Die Strahlung geht nicht durch den Körper oder durch das Objekt
auf dem Sitz hindurch.
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Aus
DE 196 10 833 A1 ist
eine Vorrichtung zum Steuern einer Rückhalteeinrichtung bekannt. Diese
weist unterschiedliche Sensoren auf, mit denen die Position einer
Person auf einem Sitz erkannt wird. Zusätzlich bestrahlen Ultraschallsensoren
den Sitzbereich und erfassen die Echosignale. Durch Überwachen
der Zeitdauer zwischen den gesendeten Impulsen und empfangen Echoimpulsen
wird die Position eines Insassen relativ zu jedem der Sensoren erkannt.
Abhängig
von all diesen ermittelten Informationen wird die Position eines
Insassen auf dem Sitz erkannt und der Airbag entsprechend gesteuert.
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Auch
bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein so genanntes Impulsradar
verwendet, das nach dem Dopplerprinzip arbeitet und die Echosignale auswertet.
Durch den Körper
einer Person auf dem Sitz oder durch ein Objekt hindurch geführte Strahlen können hier
nicht berücksichtigt
werden. Solche Impulsradarverfahren sind sehr fehleranfällig, da
nicht erwünschte
Reflexionen an beliebigen Gegenständen im Fahrzeug zu Fehlmessungen
führen
können.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie eigenständig und sicher erkennt, welche
Sitze belegt und ob bei diesen Sitzen auch die Sicherheitsgurte angelegt
sind.
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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.
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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.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Gegenständen der
Unteransprüche.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit darauf befindlicher Person
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2A und 2B Fahrzeugsitze
jeweils mit einem Sicherheitsgurt,
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3 ein
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 eine
Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit einer Autobabyschale und
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5 eine
Seitenansicht einer Sitzreihe in einem Verkehrsmittel, wie Omnibus
oder Flugzeug.
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In
den Figuren tragen gleiche oder funktionsgleiche Elemente – sofern
nichts anderes angegeben ist – dieselben
Bezugszeichen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
passiver Backscatter weist eine reflektierende Oberfläche auf.
Durch einen εR-Sprung (Sprung der relativen Dielektrizitätskonstanten εR oder Änderung
der elektrischen Leitfähigkeit
weist der Feldwellenleitwiderstand einen Sprung auf. Es besteht
ein konstanter Rückstreuquerschnitt,
so dass keine Modulation erfolgt (wie ein Spiegel).
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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.
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Der
semiaktive Backscatter ist ähnlich
dem semipassiven Backscatter, weist aber eine Verstärkung des
zu reflektierenden Signals auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Signale können
auch in unterschiedlichen Übertragungskanälen mit
unterschiedlichen Trägerfrequenzen
ausgesendet werden, um Interferenzen bei den Signalübertragung
zu vermeiden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.