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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Belegungssensorsysteme
in Kraftfahrzeugen zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Gegenstands
oder eines Fahrgastes auf einem Sitz, um ein Belegungsstatussignal
oder Zustandssignal zur Verfügung zu stellen, z. B. zur
Verwendung mit einer Rückhaltesystemsteuerung. Die vorliegende
Erfindung betrifft insbesondere ein kapazitives Sitzbelegungserkennungssystem.
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Verwandte Technik
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Kapazitive
Insassenerkennungssysteme werden herkömmlicherweise in
Kraftfahrzeugen verwendet, um ein Insassenschutzsystem mit Informationen
bezüglich des Belegungszustands eines oder mehrerer Fahrzeugsitze
zu versorgen. Derartige Informationen können eine einfache
Anzeige umfassen, die anzeigt, ob sich ein Insasse auf dem Sitz
befindet oder nicht. Ausgeklügeltere Systeme bieten zusätzlich
eine Anzeige der Insassenart. Basierend auf von dem Insassenerkennungssystem
zur Verfügung gestellten Informationen kann das Insassenschutzsystem
im Fall eines Zusammenstoßes angemessene Maßnahmen
ergreifen. Ein kapazitives Insassenerkennungssystem ist zum Beispiel
in der europäischen Patentanmeldung
EP 1 457 391 A1 beschrieben.
Das System umfasst eine kapazitive Sitzelektrode und eine kapazitive
Elektrode im Fußbereich, die in einer Fahrgastzelle des
Fahrzeugs angeordnet sind. Beim Betrieb wird eine kapazitive Kopplung
zwischen der Sitzelektrode und einem auf dem Sitz abgelegten Gegenstand
sowie eine kapazitive Kopplung zwischen der Elektrode im Fußbereich
und der Sitzelektrode bestimmt. Die Sitzelektrode umfasst eine Abschirmelektrode
(Schutzelektrode), die in Richtung zum Sitzrahmen ausgerichtet ist,
und eine Fühlerelektrode, die in Richtung zum Insassen des
Sitzes ausgerichtet ist. Eine Isolierschicht ist zwischen der Fühlerelektrode
und der Abschirmelektrode angeordnet. Im Betrieb werden die Abschirmelektrode
und die Fühlerelektrode von dem gleichen Signal angesteuert,
so dass die Schutzelektrode verhindert, dass das elektrische Feld
von der Fühlerelektrode mit dem Sitzrahmen koppelt. Somit
ist die Fühlerelektrode nur in Richtung eines Sitzinsassen
aktiv und nicht in Richtung eines unterhalb des Sitzes abgelegten
Gegenstands.
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Es
wurde vorgeschlagen, kapazitive Insassenerkennungssysteme zu verwenden,
um die Funktionsfähigkeit von Geräten in der Fahrgastzelle
eines Kraftfahrzeugs zu verbessern. Die
US 2005/0038586 A1 offenbart
ein System, das eine Vielzahl von Sendern, die in den Sitzen eines
Fahrzeugs angeordnet sind, und einen Empfänger, der in
der Steuervorrichtung eines elektrischen Gerätes (wie der
Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage oder eines Infotainment-Systems)
integriert ist, umfasst. Jeder Sender wird von einem gemeinsamen
Mikrokontroller betrieben und entwickelt und sendet ein ortsspezifisches Hochfrequenzsignal.
Der in der Steuervorrichtung integrierte Empfänger ist
derart ausgeführt, dass die von den Sendern übertragenen
Signale nur schwach empfangen werden, wenn der jeweilige Insasse
nicht seine oder ihre Hand in die Nähe der Steuervorrichtung
bringt, um zu versuchen, deren Einstellungen anzupassen. Die Ausgabe
des Empfängers ist an den Mikrokontroller gekoppelt, der
das empfangene Signal identifiziert, um zu bestimmen, welcher der
Insassen versucht, mit der Steuervorrichtung zu interagieren. Abhängig
davon, wer versucht, mit der Steuervorrichtung zu interagieren,
kann deren Funktionalität auf den erkannten Insassen eingestellt
werden. Wenn das empfangene Signal zum Beispiel das des Fahrers
ist, kann die Funktionalität mit minimaler Ablenkung aktiviert
werden; wenn andererseits das empfangene Signal das des Senders
des Beifahrers ist, können die Steuerfunktionen einer erweiterten Leistungsfähigkeit,
Kommunikation und Anpassung aktiviert werden.
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Aufgabenstellung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
kapazitives Insassenerkennungssystem zur Verfügung zu stellen,
das die Funktionsfähigkeit eines Gerätes in der
Kraftfahrzeugumgebung verbessert. Diese Aufgabe wird in einem Kraftfahrzeug
nach Anspruch 1 gelöst.
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Allgemeine Beschreibung der
Erfindung
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In
einem Kraftfahrzeug ist ein Fahrzeugsitz angeordnet und mit einem
Insassenerkennungssystem zum Erkennen, ob sich ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz
befindet, ausgestattet. Das Insassenerkennungssystem umfasst eine
erste Antennenelektrode, die in dem Sitz angeordnet ist, und eine
erste Fühlerschaltung, die dem Sitz zugeordnet ist. Die erste
Fühlerschaltung umfasst einen Schwingkreis, der mit der
ersten Antennenelektrode wirksam verbunden ist, um ein erstes Schwingsignal
an die erste Antennenelektrode anzulegen, und eine erste Stromerkennungsschaltung,
die mit der ersten Antennenelektrode verbunden ist, um einen Strom,
der infolge des daran angelegten Schwingsignals in die erste Antennenelektrode
fließt, zu bestimmen. Der in der ersten Antennenelektrode
fließende Strom zeigt an, ob sich ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz
befindet. Während des Betriebs codiert die erste Fühlerschaltung
die Informationen darüber, ob sich ein Insasse auf dem
Fahrzeugsitz befindet, in ein erstes Ausgangssignal, welches ausgegeben
wird und einer Rückhaltesystem-Steuereinheit zugeführt
werden kann (die zum Beispiel die Aktivierung eines oder mehrerer
Airbags und/oder das Spannen eines Sicherheitsgurtes, usw., im Fall
eines Unfalls steuert). Das Fahrzeug ist ferner mit einem Gerät
(z. B. einem Radio, einem Autonavigationssystem, einer Heizungs-,
Lüftungs- und Klimaanlage, einem Infotainment-System, oder
dergleichen) ausgerüstet, das eine Gerätesteuervorrichtung
(wie z. B. einen Knopf, einen Regler, ein Touchscreen, einen Joystick,
einen Schieber, ein Steuerpult, usw.) umfasst, die in dem Fahrzeuginnenraum
an einer Stelle angeordnet ist, von der aus ein Insassen des Sitzes
mit ihr interagieren kann.
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der Erfindung ist eine zweite Antennenelektrode
mit der Gerätesteuervorrichtung angeordnet (z. B. in, auf
oder angrenzend an diese), und eine zweite Fühlerschaltung ist
der Gerätesteuervorrichtung zugeordnet, gegebenenfalls
in dieser angeordnet. Wie ersichtlich ist, ist die zweite Fühlerschaltung
von der ersten Fühlerschaltung getrennt, und zwar in dem
Sinne, dass die zweite Fühlerschaltung nicht unter Steuerung
der ersten Fühlerschaltung oder unter Steuerung einer der
ersten und der zweiten Fühlerschaltung gemeinsamen Steuereinheit
arbeitet. Insbesondere müssen die erste und die zweite
Fühlerschaltung nicht synchronisiert werden. Die zweite
Fühlerschaltung umfasst eine Schaltung zur Erkennung eines
elektrischen Signals, die mit der zweiten Antennenelektrode verbunden
und dafür konfiguriert ist, ein elektrisches Signal (Strom
oder Spannung) zu bestimmen, das in der zweiten Antennenelektrode
dadurch induziert wird, dass ein elektrisches Feld, das von einer Antennenelektrode
im Fahrzeugsitz ausgestrahlt wird, kapazitiv in die zweite Antennenelektrode
gekoppelt wird. Die Fachleute werden erkennen, dass das in der zweiten
Antennenelektrode induzierte elektrische Signal anzeigt, ob sich
ein Körperteil eines Insassen des Fahrzeugsitzes in der
Nähe der Gerätesteuervorrichtung befindet. Im
Betrieb codiert die zweite Fühlerschaltung die Informationen
darüber, ob sich ein Körperteil eines Insassen
des Fahrzeugsitzes nahe an der Gerätesteuervorrichtung
befindet, in ein zweites Ausgangssignal und gibt das zweite Ausgangssignal
aus. Das zweite Ausgangssignal kann dem Gerät zugeführt
werden, das sein Verhalten infolge der in dem Ausgangssignal enthaltenen
Informationen anpassen kann.
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Wie
ersichtlich ist, kann das System die gleiche Elektronik wie das
in der
EP 1 457 391
A1 offenbarte System in dem Fahrzeugsitz verwenden. Ein wichtiger
Vorteil der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Offenbarung
der
US 2005/0038586
A1 besteht darin, dass die zweite Fühlerschaltung
von der ersten Fühlerschaltung getrennt ist. Demnach kann das
vorliegende System leichter während der Montage des Fahrzeugs
implementiert werden. Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine
Trennung von dem sicherheitsrelevanten Untersystem (die Teile des Systems,
die sich auf die Insassenerkennung beziehen) und dem Untersystem,
das die Funktionalitäten des Geräts verbessert,
die den Komfort erhöhen, aber für die Insassensicherheit
nicht relevant sind.
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Die
Fachleute werden bemerken, dass das in der zweiten Antennenelektrode
induzierte elektrische Signal vorteilhafterweise ein Strom ist,
dessen Fließen in der zweiten Elektrode infolge eines an
einer Antennenelektrode in dem Fahrzeugsitz erzeugten elektrischen
Feldes bewirkt wird. Die Schaltung zum Erkennen eines elektrischen
Signals weist somit vorteilhafterweise einen zweiten Stromerkennungskreis auf.
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Es
sei angemerkt, dass das elektrische Signal in der zweiten Antennenelektrode
durch das von der ersten Antennenelektrode ausgestrahlte elektrische
Feld bewirkt werden könnte, wenn die erste Fühlerschaltung
versucht, einen Insassen auf dem Sitz zu erkennen. Die Insassenerkennung
kann jedoch intermittierend durchgeführt werden, was bedeutet,
dass das erste Schwingsignal nicht unbedingt die ganze Zeit über
angelegt werden muss (wenn die Elektronik des Fahrzeugs eingeschaltet
ist). Das Anlegen des ersten Schwingsignals an die erste Antennenelektrode
kann zum Beispiel periodisch unterbrochen werden, wenn das Insassenfühlersystem
eine Systemprüfung durchführt. In einem solchen
Fall gäbe es Totzeiten, während welcher die zweite
Fühlerschaltung nicht in der Lage wäre, die Nähe
der Hand (oder eines anderen Körperteils) des Insassen zur
Gerätesteuervorrichtung zu erkennen. Demnach umfasst das
Insassenerkennungssystem vorzugsweise eine dritte Antenne, die mit
dem Schwingkreis wirksam verbunden und in dem Fahrzeugsitz derart angeordnet
ist, dass sie ein elektrisches Feld in Richtung zu dem Bereich ausstrahlt,
der von einem Insassen auf dem Sitz belegt sein kann, wenn der Schwingkreis
ein zweites Schwingsignal an die dritte Antennenelektrode anlegt.
Der Schwingkreis legt vorzugsweise das zweite Schwingsignal kontinuierlich
an, so dass es zu keinen Totzeiten bei der Erkennung der Nähe
des Insassen zur Gerätesteuervorrichtung kommt.
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Vorzugsweise
weist der Schwingkreis einen Oszillator, der wirksam mit der ersten
Antennenelektrode verbunden ist, und einen weiteren Oszillator auf,
der wirksam mit der dritten Antennenelektrode verbunden ist, um
das erste bzw. das zweite Schwingsignal anzulegen. In einer anderen
Ausführungsform könnte ein einzelner Oszillator
verwendet werden, der kontinuierlich mit der dritten Antennenelektrode
verbunden bleibt, um das zweite Schwingsignal an diese anzulegen.
Es sei angemerkt, dass das erste und das zweite Schwingsignal in
den Zeitintervallen, in denen beide vorliegen, die gleiche Frequenz,
Phase und Amplitude aufweisen könnten. Vorzugsweise arbeiten
jedoch der erste Oszillator mit einer ersten Frequenz und der zweite
Oszillator mit einer zweiten Frequenz, die sich von der ersten Frequenz
unterscheidet. In diesem Fall umfasst der erste Stromerkennungskreis
vorteilhafterweise einen frequenzselektiven Strommesser, der an
die erste Frequenz angepasst ist, während der zweite Stromerkennungskreis
einen frequenzselektiven Strommesser umfasst, der an die zweite
Frequenz angepasst ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
der zweite Stromerkennungskreis einen Strom-Spannungs-Wandler, der
mit der zweiten Antennenelektrode verbunden ist, um den in der zweiten
Antennenelektrode fließenden Strom in eine Spannung umzuwandeln,
ein Filter zum Filtern der Spannung, wobei das Filter an die Frequenz
des elektrischen Felds angepasst ist, das kapazitiv in die zweite
Antennenelektrode gekoppelt ist, und einen mit dem Filter verbundenen
Wandler, der so konfiguriert ist, dass er ein digitales Signal ausgibt,
das eine Amplitude der gefilterten Spannung darstellt. Das Filter
könnte zum Beispiel ein Tiefpassfilter mit einer etwas
höheren Grenzfrequenz als die Frequenz des zu erkennenden
Signals, ein Hochpassfilter mit einer etwas niedrigeren Grenzfrequenz
als die Frequenz des zu erkennenden Signals, oder ein Bandpassfilter,
das an die Frequenz des zu erkennenden Signals angepasst ist, sein.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst die zweite Fühlerschaltung einen Schwingkreis,
der dafür konfiguriert ist, ein Taktsignal mit der Frequenz
des elektrischen Felds, das kapazitiv in die zweite Antennenelektrode gekoppelt
wird, auszugeben, und der zweite Stromerkennungskreis umfasst einen
getakteten Gleichrichter, der mit dem Taktsignal getaktet wird.
Der getaktete Gleichrichter kann zum Beispiel einen Strom-Spannungs-Wandler,
der mit der zweiten Antennenelektrode verbunden ist, um den in der
zweiten Antennenelektrode fließenden Strom in eine Spannung
umzuwandeln, eine Verstärkerschaltung, die wirksam mit
dem Strom-Spannungs-Wandler verbunden ist, wobei die Verstärkerschaltung
dafür konfiguriert ist, abwechselnd die Spannung zu invertieren
und nicht zu invertieren, und ein Tiefpassfilter zum Filtern der
invertierten oder nicht invertierten Spannung umfassen. Der Schwingkreis
des getakteten Gleichrichters weist vorzugsweise einen Phasenschieber
auf, der dafür konfiguriert ist, die Phase des Taktsignals
zu verschieben, und der getaktete Gleichrichter ist vorzugsweise
so konfiguriert, dass er mindestens zwei Strommessungen durchführt,
zwischen denen die Phase des Taktsignals mit Hilfe des Phasenschiebers
um einen vorbestimmten Betrag, der nicht 180° und Vielfachen
davon entspricht, verschoben wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden ausführlichen Beschreibung von mehreren,
nicht einschränkenden Ausführungsformen anhand
der beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht eines herkömmlichen kapazitiven Insassenerkennungssystems
ist;
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2 eine
schematische Ansicht eines Systems gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine
schematische Ansicht eines Systems gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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4–8 verschiedene
Ausführungsformen eines Stromerkennungskreises für
eine einer Gerätesteuervorrichtung zugeordnete Fühlerschaltung
sind.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
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Das
herkömmliche Insassenerkennungssystem aus 1 weist
eine Antennenelektrode (Fühlerelektrode) 20 und
eine Abschirmelektrode (Schutzelektrode) 25 auf, die in
der Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes 40 angeordnet
und mit einer Fühlerschaltung verbunden sind. Die Fühlerschaltung
hält die Abschirmelektrode 25 im Wesentlichen
auf der gleichen Spannung wie die Fühlerelektrode 20.
Demnach ist das von der Antennenelektrode 20 erzeugte elektrische
Feld in Richtung zu dem Raum ausgerichtet, der normalerweise von
einem Insassen 50 des Fahrzeugsitzes belegt ist. Das Insassenerkennungssystem
bestimmt die Kapazität 30, 35 zwischen
der Antennenelektrode 20 und dem Fahrwerk des Autos 45. Diese
Kapazität hängt von einer Person oder einem Gegenstand
(Insasse 50) auf dem Sitz ab. Als allgemeine Regel führt
ein großer und schwerer Insasse 50 zu einer höheren
gemessenen Kapazität 30, 35.
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Zur
Bestimmung der Kapazität weist die Fühlerschaltung
einen Oszillator 15 und eine Stromerkennungsschaltung,
die in dem Fahrzeugsitz 40 angeordnet sind, auf. Der Oszillator 15 legt
an die Antennenelektrode 20 eine Sinuswellenspannung mit einer
bestimmten Frequenz und Amplitude an. Der Strom (in der Zeichnung
als Pfeil 12 angezeigt), der in die Antennenelektrode 20 fließt,
wird mit einem ersten frequenzselektiven Strommesser 10 gemessen.
Der gemessene Strom 12 ist proportional zur Kapazität;
demnach wird die Kapazität durch den gemessenen Strom 12 bestimmt.
Für die Entscheidung, ob ein Insasse 50 vorhanden
ist, kann der gemessene Strom 12 mit einer vorbestimmten
Schwelle verglichen werden. Die Fühlerschaltung gibt ein Ausgangssignal
aus, in welches sie den bestimmten Belegungszustand des Fahrzeugsitzes 40 codiert.
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Die 2 und 3 zeigen
ein Insassenerkennungssystem nach einer ersten bzw. einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Die Systeme
der 2 und 3 weisen die Funktionalitäten
des Systems aus 1 auf und sind zusätzlich
dafür konfiguriert, zu bestimmen, ob der Insasse 50 des
Sitzes 40 die Steuervorrichtung 60 eines elektrischen
Gerätes (wie z. B. eines Autoradios, eines Navigationssystems,
einer Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage, usw.) bedient
oder zu bedienen versucht, das zum Beispiel in der Mittelkonsole
des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Das
System aus 2 weist eine zweite Antennenelektrode 26,
die in der Gerätesteuervorrichtung 60 angeordnet
ist, und eine zweite Fühlerschaltung zum Erkennen, ob sich
ein Körperteil eines Insassen 50 des Fahrzeugsitzes 40 in
der Nähe der Gerätesteuervorrichtung 60 befindet,
auf. Im Betrieb codiert die zweite Fühlerschaltung diese
Informationen in ein zweites Ausgangssignal und gibt das zweite
Ausgangssignal an das zugeordnete Gerät aus. Die zweite
Fühlerschaltung umfasst in dieser Ausführungsform
einen zweiten frequenzselektiven Strommesser 70, der an
die Frequenz des Oszillators 15 angepasst ist, welche natürlich
auch die Frequenz des von der ersten Antennenelektrode 20 ausgestrahlten
elektrischen Feldes ist. Wenn ein Insasse 50 auf dem Sitz 40 sitzt
und wenn ein Schwingsignal an die erste Antennenelektrode 20 angelegt
wird, misst die zweite Fühlerschaltung den in der zweiten Antennenelektrode 26 induzierten
Strom. Wenn sich eine Hand des Insassen 50 in der Nähe
der Gerätesteuervorrichtung 60 befindet, erhöht
sich die Kapazität 30, 36 zwischen der
zweiten Antennenelektrode 26 und der ersten Antennenelektrode 20,
was zu einer Erhöhung des induzierten Stroms führt.
Demnach kann die zweite Fühlerschaltung zum Beispiel bestimmen,
dass ein Insasse 50 des Sitzes 40 mit der Gerätesteuervorrichtung 60 interagiert
oder versucht, mit dieser zu interagieren, wenn der induzierte Strom
eine vorbestimmte Schwelle übersteigt.
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Das
System aus 3 ist in manchen Aspekten ähnlich
zu dem System aus 2: Es weist auch eine zweite
Antennenelektrode 26, die in der Gerätesteuervorrichtung 60 angeordnet
ist, und eine zweite Fühlerschaltung zum Erkennen, ob sich
ein Körperteil eines Insassen 50 des Fahrzeugsitzes 40 in
der Nähe der Gerätesteuervorrichtung 60 befindet, auf.
Im Betrieb codiert die zweite Fühlerschaltung diese Informationen
in ein zweites Ausgangssignal und gibt das zweite Ausgangssignal
an das zugeordnete Gerät aus. Das System aus 3 umfasst
jedoch ferner eine dritte Antennenelektrode, die in dem Fahrzeugsitz
angeordnet ist. Die dritte Antennenelektrode ist mit dem Schwingkreis 14 der
ersten Fühlerschaltung verbunden. Der Schwingkreis 14 umfasst
in dieser Ausführungsform einen ersten Oszillator 15 und
einen zweiten Oszillator 16. Der erste Oszillator 15,
der mit der ersten Antennenelektrode 20 wirksam verbunden
ist, liefert ein erstes Schwingsignal mit einer ersten Frequenz.
Der zweite Oszillator 16 ist mit der dritten Antennenelektrode
verbunden, an die er ein zweites Schwingsignal mit einer zweiten Frequenz
liefert, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet. Bei dieser
Ausführungsform umfasst die zweite Fühlerschaltung
einen zweiten frequenzselektiven Strommesser 70, der an
die Frequenz des zweiten Oszillators 16 angepasst ist,
d. h. an die Frequenz des von der dritten Antennenelektrode 28 ausgestrahlten
elektrischen Felds. Wenn die Messung mit der ersten Fühlerschaltung
unterbrochen wird, z. B. weil eine Systemprüfung läuft,
legt der zweite Oszillator 16 weiterhin das zweite Schwingsignal
an, so dass die Messung mit der zweiten Fühlerschaltung nicht
unterbrochen werden muss. Am vorteilhaftesten ist der Schwingkreis 14 dafür
konfiguriert, ein zweites Schwingsignal nur an die dritte Elektrode
anzulegen, wenn der Sitz belegt ist. Wenn die erste Fühlerschaltung
auch eine Insassenart erkennen kann, kann das Anlegen des zweiten
Signals von der Art des erkannten Insassen abhängen. Zum
Beispiel kann das System derart konfiguriert werden (oder von dem
Benutzer konfigurierbar sein), dass das zweite Schwingsignal nur
angelegt wird, wenn der Insasse als Erwachsener eingeordnet wird.
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Bei
beiden Ausführungsformen kann, wenn die Steuervorrichtung 60 bedient
wird, aber das Insassenerkennungssystem nicht erkennt, dass der
Insasse 50 des Sitzes 40 diese bedient, bestimmt
werden, dass die bedienende Person jemand anderes ist. Demnach kann,
wenn die erste Fühlerschaltung des Systems im Beifahrersitz
angeordnet ist, dieses bestimmen, ob der Fahrgast auf dem Beifahrersitz oder
der Fahrer die Steuervorrichtung 60 bedient. Dadurch können
zum Beispiel bestimmte Funktionalitäten aus Sicherheitsgründen
blockiert werden, wenn die Person, die versucht die Steuervorrichtung zu
bedienen, hierfür nicht zugelassen ist. (Die nicht zugelassene
Person könnte der Fahrgast oder der Fahrer sein, je nach
Funktionalität.) Allgemeiner könnte jede Art von
benutzerabhängigem Verhalten (z. B. zur Erhöhung
des Komforts) des Geräts oder von dessen Steuervorrichtung
von dem Insassenerkennungssystem der vorliegenden Erfindung geregelt
werden. Um zu entscheiden, ob der Insasse versucht, mit der Steuervorrichtung 60 zu
interagieren, kann der in der zweiten Antennenelektrode 26 infolge des
an die erste Antennenelektrode 20 angelegten Signals gemessene
Strom mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen werden. Das kapazitive
Insassenerkennungssystem könnte nicht nur in dem Beifahrersitz,
sondern auch in anderen Sitzen, z. B. dem Fahrersitz, Fühlerschaltungen
aufweisen. Im Gegensatz zu einem System, in dem eine Fühlerschaltung nur
in dem Fahrgastsitz vorhanden ist, würde ein derartiges
System eine positive Erkennung, ob der Fahrer mit der Steuervorrichtung
interagiert, aktivieren.
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Die 4 bis 8 zeigen
verschiedene Ausführungsformen des zweiten Stromerkennungskreises 70.
Die Fachleute werden erkennen, dass der zweite Stromerkennungskreis 70 nicht
mit dem Oszillator 15 oder 16 synchronisiert werden
muss. Er sollte jedoch derart implementiert werden, dass er im Wesentlichen
unempfindlich gegenüber Rauschen ist.
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Der
zweite Stromerkennungskreis aus 4 weist
einen Strom-Spannungs-Wandler 620 auf, der mit der zweiten
Antennenelektrode verbunden ist und den darin durch das elektrische
Feld der ersten oder dritten Antennenelektrode induzierten Strom 610 in eine
Schwingspannung umwandelt. Diese Spannung wird dann mit einem Tiefpassfilter 630 gefiltert,
das mit dem Strom-Spannungs-Wandler 620 verbunden ist und
dessen Grenzfrequenz etwas höher ist als die Frequenz des
ersten Oszillators (in der Ausführungsform von 2)
oder des zweiten Oszillators (in der Ausführungsform von 3).
Die gefilterte Spannung wird dann in ein digitales Ausgangssignal
umgewandelt, das die Amplitude der gefilterten Spannung darstellt.
Diese Ausführungsform des zweiten Stromerkennungskreises
ist geeignet, wenn erwartet wird, dass das Rauschen eine höhere
Frequenz als das zu messende Signal aufweist.
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Der
zweite Stromerkennungskreis aus 5 weist
einen Strom-Spannungs-Wandler 620 auf, der mit der zweiten
Antennenelektrode verbunden ist und den darin durch das elektrische
Feld der ersten oder dritten Antennenelektrode induzierten Strom 610 in eine
Schwingspannung umwandelt. Diese Spannung wird dann mit einem Hochpassfilter 631 gefiltert,
das mit dem Strom-Spannungs-Wandler 620 verbunden ist und
dessen Grenzfrequenz etwas niedriger ist als die Frequenz des ersten
Oszillators (in der Ausführungsform von 2)
oder des zweiten Oszillators (in der Ausführungsform von 3).
Die gefilterte Spannung wird dann in ein digitales Ausgangssignal umgewandelt,
das die Amplitude der gefilterten Spannung darstellt. Diese Ausführungsform
des zweiten Stromerkennungskreises ist geeignet, wenn erwartet wird,
dass das Rauschen eine niedrigere Frequenz als das zu messende Signal
aufweist.
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Der
zweite Stromerkennungskreis aus 6 ist geeignet,
wenn die Rauschcharakteristika nicht im Voraus bekannt sind. Die
aus dem Strom-Spannungs-Wandler erhaltene Spannung weist ein Bandpassfilter 632 auf,
das an die Frequenz des zu messenden Signals angepasst ist.
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Der
zweite Stromerkennungskreis, der in 7 gezeigt
ist, ist als ein getakteter Gleichrichter implementiert. Der getaktete
Gleichrichter umfasst einen Strom-Spannungs-Wandler 620,
der mit der zweiten Antennenelektrode verbunden ist, eine Verstärkerschaltung 650, 651, 660,
die zum abwechselnden Invertieren und Nicht-Invertieren der von dem
Strom-Spannungs-Wandler erhaltenen Spannung konfiguriert ist, ein
Tiefpassfilter 680 zum Filtern des Ausgangs der Verstärkerschaltung
und einen Analog-Digital-Wandler, der die tiefpassgefilterte Spannung
in ein digitales Signal umwandelt. Die Verstärkerschaltung
weist eine nicht invertierende Verzweigung 651, eine invertierende
Verzweigung 650 und einen Schalter 660 auf, der
abwechselnd die invertierende Verzweigung oder die nicht invertierende Verzweigung
mit dem Tiefpassfilter 680 verbindet. Die Schaltfrequenz
des Schalters 660 ist durch ein Steuersignal (auch Taktsignal) 670 gegeben,
und sie ist die gleiche wie die Frequenz des zu erkennenden Signals
(d. h. die Frequenz des ersten Oszillators in der Ausführungsform
aus 2 oder des zweiten Oszillators in der Ausführungsform
aus 3). Beide Schaltpositionen haben die gleiche Dauer.
Das Tiefpassfilter 680 weist eine Grenzfrequenz auf, die
tief genug ist, um die Welligkeit aus der Spannung nach dem Schalter 660 zu
entfernen, und die tief genug ist, um ein Rauschen zu eliminieren.
(Das Tiefpassfilter 680 stellt somit einen zeitlichen Mittelwert
des Signaleingangs in dieses zur Verfügung). Andererseits
ist die Grenzfrequenz hoch genug, um kurze Messzeiten zu ermöglichen.
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Das
Steuersignal
670 kann von einem Oszillator zur Verfügung
gestellt werden, der nicht mit dem ersten oder zweiten Oszillator
synchronisiert ist. Demnach ist der Phasenunterschied zwischen dem in
der zweiten Antennenelektrode induzierten Strom
610 und
dem Steuersignal unbekannt. (Dieser Phasenunterschied wäre
bekannt, wenn die erste und die zweite Fühlerschaltung
synchronisiert wären, was möglich ist, aber nicht
der in den Ausführungsformen der
7 und
8 gewählten
Art und Weise entspricht.) Die Ausgangsspannung des Tiefpassfilters
680 hängt
somit von einem unbekannten Phasenunterschied ab und kann im schlimmsten
Fall
0 sein (bei einem Phasenunterschied von 90°).
Um die Amplitude des Stroms in der zweiten Antennenelektrode (ohne
vorheriges Synchronisieren des getakteten Gleichrichters auf das
erste bzw. zweite Schwingsignal) zu messen, werden daher mindestens
zwei Messungen durchgeführt, wobei die Phase des Steuersignals
um einen bekannten (nicht 180° und Vielfachen davon entsprechende)
Betrag zwischen den mindestens zwei Messungen geändert
wird. Am besten ist ein Phasenunterschied von 90° geeignet.
Wenn
11 die während einer ersten Messung gemessene Stromkomponente
ist und
12 die während einer zweiten (um 90° phasenverschobenen)
Messung gemessene Stromkomponente ist, ist die Amplitude I des in der
zweiten Antennenelektrode induzierten Stroms gegeben durch:
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Eine
weitere Ausführungsform eines getakteten Gleichrichters
ist in 8 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
werden die Messungen mit verschiedenen Phasen des Steuersignals
parallel ausgeführt. Die nicht invertierende Verzweigung 651 und die
invertierende Verzweigung 650 der Verstärkerschaltung
sind mit mindestens zwei Schaltern 660, 661 verbunden,
die durch jeweilige Steuersignale 670, 671 gesteuert
werden. Jeder Schalter 660, 661 stellt die invertierte
oder nicht invertierte Spannung einem jeweiligen Tiefpassfilter 680, 681 und
einem Analog-Digital-Wandler 690, 691 zur Verfügung.
Die Tiefpassverstärker 680, 681 und die
Analog-Digital-Wandler 690, 691 haben die gleiche
Konfiguration wie in 7.
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Die
Steuersignale
670,
671 haben die gleiche Frequenz
wie das zu erkennende Signal. Der Phasenunterschied (nicht 180° oder
Vielfachen davon entsprechend) zwischen den Steuersignalen
670 und
671 ist
bekannt, aber ein üblicher Phasenversatz in Bezug auf das
erste Schwingsignal (bei der Ausführungsform aus
2)
oder das zweite Schwingsignal (bei der Ausführungsform
aus
3) ist nicht vorher bekannt. Jeder der Analog-Digital-Wandler gibt
ein digitales Signal aus, das eine bestimmte Stromkomponente anzeigt.
Wenn zwischen den Steuersignalen
670,
671 ein
Phasenunterschied von 90° gewählt wird, kann die
Amplitude I des in der zweiten Antennenelektrode induzierten Stroms
durch Kombinieren der digitalen Ausgänge I1 und I2 der Analog-Digital-Wandler
690,
691 als
berechnet werden.
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Wenn
die zweite Fühlerschaltung einen getakteten Gleichrichter,
wie in den 7 oder 8 gezeigt,
umfasst, weist sie vorzugsweise eine Recheneinheit (z. B. einen
Mikroprozessor oder eine dedizierte Digitalschaltung) auf, die die
Amplitude des in der zweiten Antennenelektrode induzierten Stroms berechnet
und diese Amplitude mit einer vorbestimmten Schwelle (oder einer
Vielzahl von Schwellen) vergleicht. Das Ergebnis dieses Vergleichs
wird dann in ein Ausgangssignal codiert, das dem Gerät zur
Verfügung gestellt wird.
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Zusammenfassung
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Ein
Kraftfahrzeug mit einem darin angeordneten Fahrzeugsitz ist mit
einem Insassenerkennungssystem zum Erkennen, ob sich ein Insasse
auf dem Fahrzeugsitz befindet, ausgerüstet. Das Insassenerkennungssystem
umfasst eine erste Antennenelektrode, die in dem Sitz angeordnet
ist, und eine erste Fühlerschaltung, die dem Sitz zugeordnet
ist. Die erste Fühlerschaltung umfasst einen Schwingkreis,
der wirksam mit der ersten Antennenelektrode verbunden ist, um ein
erstes Schwingsignal an die erste Antennenelektrode anzulegen, und
eine Stromerkennungsschaltung, die mit der ersten Antennenelektrode
verbunden ist, um einen Strom, der infolge des daran angelegten
Schwingsignals in die erste Antennenelektrode fließt, zu
bestimmen. Der in der ersten Antennenelektrode fließende
Strom zeigt an, ob sich ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz befindet. Während
des Betriebs codiert die erste Fühlerschaltung die Informationen
darüber, ob sich ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz befindet,
in ein erstes Ausgangssignal, welches ausgegeben wird und einer Rückhaltesystem-Steuereinheit
zugeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1457391
A1 [0002, 0007]
- - US 2005/0038586 A1 [0003, 0007]
