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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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Ein Kraftfahrzeug mit einem darin angeordneten Fahrzeugsitz ist 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 Fühlerschaltung, die dem Sitz zugeordnet ist. Die Fühlerschaltung umfasst einen Schwingkreis, der mit der ersten Antennenelektrode verbunden ist, um ein erstes Schwingsignal an die erste Antennenelektrode anzulegen, und eine Stromerkennungsschaltung, die auch mit der ersten Antennenelektrode verbunden ist, um einen ersten Strom zu bestimmen, der in der ersten Antennenelektrode infolge des ersten angelegten Schwingsignals fließt. Der erste Strom zeigt an, ob sich ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz befindet. Das Fahrzeug ist ferner mit einem Gerät 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 sie von einem Insassen des Sitzes bedient werden kann. Nach einer wichtigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Insassenerkennungssystem dafür konfiguriert, zu erkennen, ob der Insasse versucht, mit der Gerätesteuervorrichtung zu interagieren. Insbesondere umfasst das Insassenerkennungssystem eine zweite Antennenelektrode, die zusammen mit der Gerätesteuervorrichtung angeordnet ist (z. B. in, auf oder neben dieser). Ein Oszillator ist wirksam mit der zweiten Antennenelektrode verbunden, um ein zweites Schwingsignal an die zweite Antennenelektrode anzulegen, und die Stromerkennungsschaltung ist so konfiguriert, dass sie einen zweiten Strom bestimmt, der infolge des zweiten, an die zweite Antennenelektrode angelegten Schwingsignals in der ersten Antennenelektrode fließt. Der zweite Strom zeigt somit an, ob sich ein Körperteil eines Insassen des Fahrzeugsitzes in der Nähe der Gerätesteuervorrichtung befindet. Wie ersichtlich ist, kann das System die gleiche Elektronik wie das in der
EP 1 457 391 A1 offenbarte System in dem Sitz verwenden.
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Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Insassenerkennungssystem zum Betrieb in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus konfiguriert, wobei der erste Betriebsmodus der Erkennung, ob sich ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz befindet, zugeordnet ist, und der zweite Betriebsmodus der Erkennung, ob der Insasse versucht, mit der Gerätesteuervorrichtung zu interagieren, zugeordnet ist. Am meisten bevorzugt arbeitet, so lange kein Insasse auf dem Fahrzeugsitz erkannt wird, das Insassenerkennungssystem nur in dem ersten Betriebsmodus; wenn jedoch ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz erkannt wird, arbeitet das Insassenerkennungssystem abwechselnd in dem ersten und in dem zweiten Betriebsmodus.
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Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Insassenerkennungssystem für das gleichzeitige Erkennen, ob sich ein Insasse auf dem Fahrzeugsitz befindet und ob der Insasse versucht, mit der Gerätesteuervorrichtung zu interagieren, konfiguriert. Am meisten bevorzugt umfasst der Oszillatorkreis in diesem Fall einen Oszillator, der mit der ersten Antennenelektrode verbunden ist, um das erste Schwingsignal an diese anzulegen, wobei das erste Schwingsignal und das zweite Schwingsignal unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Außerdem weist die Stromerkennungsschaltung in diesem Fall einen ersten Selektivstrommesser, der bei der Frequenz des ersten Signals empfindlich ist, und einen zweiten Selektivstrommesser, der bei der Frequenz des zweiten Signals empfindlich ist, auf.
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Die Fachleute werden erkennen, dass der wirksam mit der zweiten Antennenelektrode verbundene Oszillator ein Teil des Schwingkreises sein kann. Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform kann der Schwingkreis einen einzelnen Oszillator und einen Schalter aufweisen, der gemäß dem aktuellen Betriebsmodus des Insassenerkennungssystems die erste oder die zweite Antennenelektrode abwechselnd mit dem Oszillator verbindet. Der Schwingkreis kann in einer anderen Ausführungsform einen ersten Oszillator, der mit der ersten Antennenelektrode verbunden ist, und einen zweiten Oszillator, der mit der zweiten Antennenelektrode verbunden ist, aufweisen. Es sei angemerkt, dass die Begriffe ”wirksam verbunden”, wie sie hier verwendet werden, so zu verstehen sind, dass sie ”verbunden über einen Schalter” einschließen, wobei der Schalter nicht unbedingt die ganze Zeit über eine elektrische Verbindung schafft.
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Wie ferner ersichtlich ist, kann der Oszillator, der mit der zweiten Antennenelektrode verbunden ist, mit der Gerätesteuervorrichtung angeordnet sein (d. h. in unmittelbarer Nähe von dieser).
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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 einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Das herkömmliche Insassenerkennungssystem aus 1 weist eine Antennenelektrode (Fühlerelektrode) 200 und eine Abschirmelektrode (Schutzelektrode) 250 auf, die in der Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes 400 angeordnet und mit einer Fühlerschaltung verbunden sind. Die Fühlerschaltung hält die Abschirmelektrode 250 im Wesentlichen auf der gleichen Spannung wie die Fühlerelektrode 200. Demnach ist das von der Antennenelektrode erzeugte elektrische Feld in Richtung zu dem Raum ausgerichtet, der normalerweise von einem Insassen 500 des Fahrzeugsitzes belegt ist. Das Insassenerkennungssystem bestimmt die Kapazität 300, 350 zwischen der Antennenelektrode 200 und dem Fahrwerk des Autos 450. Diese Kapazität hängt von einer Person oder einem Gegenstand auf dem Sitz ab. Als allgemeine Regel führt ein großer und schwerer Insasse 500 zu einer höheren gemessenen Kapazität.
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Zur Bestimmung der Kapazität weist die Fühlerschaltung einen Oszillator 150 und eine Stromerkennungsschaltung, die in dem Fahrzeugsitz 400 angeordnet sind, auf. Der Oszillator 150 legt an die Antennenelektrode 200 eine Sinuswellenspannung mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude an. Der Strom (in der Zeichnung als Pfeil 120 angezeigt), der in die Antennenelektrode 200 fließt, wird mit einem Selektivstrommesser 100 gemessen. Der gemessene Strom 120 ist proportional zur Kapazität; demnach wird die Kapazität durch den gemessenen Strom 120 bestimmt. Für die Entscheidung, ob ein Insasse vorhanden ist, kann der gemessene Strom mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen werden.
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Die 2 und 3 zeigen ein Insassenerkennungssystem nach einer ersten bzw. einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Die Insassenerkennungssysteme der 2 und 3 weisen die Funktionalitäten des Systems aus 1 auf und sind zusätzlich dafür konfiguriert, zu bestimmen, ob der Insasse 500 des Sitzes 400 die Steuervorrichtung 600 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. Wenn die Steuervorrichtung 600 bedient wird, aber das Insassenerkennungssystem nicht erkennt, dass der Insasse 500 des Sitzes 400 diese bedient, kann bestimmt werden, dass die bedienende Person jemand anderes ist. Demnach kann, wenn die Fühlerschaltung des Insassenerkennungssystems im Beifahrersitz angeordnet ist, dieses bestimmen, ob der Fahrgast auf dem Beifahrersitz oder der Fahrer die Steuervorrichtung 600 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 600 zu interagieren, kann der in der ersten Antennenelektrode 200 infolge des an die zweite Antennenelektrode 260 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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Das Insassenerkennungssystem aus 2 umfasst ein herkömmliches System, wie es in 1 gezeigt ist. Das System aus 2 umfasst ferner eine zweite Antennenelektrode 260 und einen zweiten Oszillator 160, der mit der zweiten Antennenelektrode 260 verbunden ist. Der zweite Oszillator 160 ist angrenzend an den ersten Oszillator 150 und durch einen relativ langen Draht mit der zweiten Antennenelektrode 260 verbunden gezeigt. In einer anderen Ausführungsform könnte der zweite Oszillator 160 auch nahe an der zweiten Antennenelektrode 260 angeordnet sein. Letztere ist zusammen mit der Steuervorrichtung 600 des betreffenden Gerätes angeordnet (z. B. unmittelbar an diese angrenzend). Es sei angemerkt, dass ein leitfähiges Teil (z. B. eine Metallplatte oder ein Metallrahmenteil) der Steuervorrichtung 600 die zweite Sendeelektrode 260 bilden könnte.
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Das kapazitive Insassenerkennungssystem aus 2 arbeitet in zwei verschiedenen Betriebsmodi: der erste Betriebsmodus ist der Erkennung und/oder Klassifizierung des Belegungszustandes des Fahrzeugsitzes 400 zugeordnet; der zweite Betriebsmodus ist der Erkennung, ob der Insasse 500 des Sitzes 400 versucht, mit der Steuervorrichtung 600 zu interagieren, zugeordnet.
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Im ersten Betriebsmodus arbeitet das System wie das herkömmliche Insassenerkennungssystem aus 1. In diesem Modus wird der Oszillator 160 mittels eines Schalters ausgeschaltet oder vorübergehend umgangen.
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Im zweiten Betriebsmodus wird eine Sinuswellenspannung mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude an die zweite Antennenelektrode 260 angelegt, infolge welcher letztere ein schwaches elektrisches Feld in der Umgebung der Gerätesteuervorrichtung 600 erzeugt. Im zweiten Modus wird der erste Oszillator 150 mittels eines Schalters ausgeschaltet oder vorübergehend elektrisch umgangen. Wenn der Insasse 500 des Fahrgastsitzes 400 seine Hand der Steuervorrichtung 600 nähert, nimmt die Kapazität 360 zwischen der zweiten Antennenelektrode 260 und dem Insassen 500 zu. Demnach nimmt die kapazitive Kopplung zwischen der zweiten Antennenelektrode 260 und der ersten Antennenelektrode 200 in dem Fahrzeugsitz zu. Die Zunahme der kapazitiven Kopplung kann in der ersten Antennenelektrode 200 als Zunahme von darin fließendem Strom erkannt werden. Dieser Strom 120 wird mit dem Selektivstrommesser 100 gemessen.
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In Bezug auf diese Ausführungsform sei anzumerken, dass die Frequenz des an die zweite Antennenelektrode 260 angelegten Signals im zweiten Betriebsmodus die gleiche sein könnte, wie die Frequenz des an die erste Antennenelektrode 200 angelegten Signals im ersten Betriebsmodus. Dies wäre zum Beispiel der Fall, wenn ein einzelner Oszillator abwechselnd mittels eines Schalters mit der ersten oder der zweiten Antennenelektrode verbunden wäre. In einer anderen Ausführungsform könnten verschiedene Frequenzen in den beiden Betriebsmodi verwendet werden.
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Es sei ferner angemerkt, dass das System aus 2 vorteilhafterweise so konfiguriert wird, dass es in dem ersten Betriebsmodus arbeitet, so lange kein Insasse erkannt wird, und nur in den zweiten Betriebsmodus schaltet, wenn ein Insasse erkannt wurde.
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Das Insassenerkennungssystem aus 3 weist die gleichen Elemente wie das in 2 gezeigte System sowie einen zusätzlichen Selektivstrommesser 110 auf. Es bestehen jedoch Unterschiede im Betrieb. Insbesondere arbeiten der erste Oszillator 150 und der zweite Oszillator 160 mit verschiedenen Frequenzen. Das an die erste Antennenelektrode 200 angelegte Signal hat somit eine erste Frequenz, die sich von der zweiten Frequenz des an die zweite Antennenelektrode 260 angelegten Signals unterscheidet. In der Ausführungsform aus 3 umfasst der Strom, der in die erste Antennenelektrode fließt, zwei Komponenten: einen ersten Strom, der iinfolge des an die erste Antennenelektrode 200 angelegten Signals fließt, und einen zweiten Strom, der in der ersten Antennenelektrode 200 infolge des an die zweite Antennenelektrode 260 angelegten Signals fließt. Beide Stromkomponenten können gleichzeitig gemessen werden. In der Tat ist der erste Selektivstrommesser 100 so konfiguriert, dass er nur Strom innerhalb eines engen Frequenzbandes um die erste Frequenz misst, und der zweite Strommesser 110 ist so konfiguriert, dass er nur Strom innerhalb eines engen Frequenzbandes um die zweite Frequenz misst. Die Frequenzbänder werden so gewählt, dass sie nicht die jeweilige andere Frequenz überlappen (z. B. durch eine passende Auswahl von Bandpassfiltern). Der mit dem ersten Strommesser 100 gemessene Strom wird verwendet, um den Belegungszustand des Sitzes zu bestimmen, während mit dem zweiten Strommesser 110 gemessener Strom verwendet wird, um zu entscheiden, ob sich der Insasse des Sitzes 400 der Steuervorrichtung 600 nähert. Die Fachleute werden erkennen, dass der erste und der zweite Strom auch sequentiell gemessen werden könnten.
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In Bezug auf die anhand der 3 beschriebene Ausführungsform ist anzumerken, dass dieses System auch in mehr als einem Betriebsmodus arbeiten kann. Zum Beispiel könnte ein erster Betriebsmodus nur der Insassenerkennung zugeordnet sein, während ein zweiter Betriebsmodus gleichzeitig der Insassenerkennung und der Erkennung, ob ein Insasse 500 versucht, mit der Steuervorrichtung 600 zu interagieren, zugeordnet sein kann. In einem derartigen ersten Betriebsmodus würde der Oszillator 160 mittels eines Schalters ausgeschaltet oder vorübergehend elektrisch umgangen werden. Im zweiten Betriebsmodus würde das System wie vorstehend beschrieben arbeiten.
