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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 weicher 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.
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Zusammenfassung
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Ein
Kraftfahrzeug mit einem darin angeordneten Fahrzeugsitz 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 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 umfasst, die in dem Fahrzeuginnenraum
an einer Stelle angeordnet ist, von der aus sie von einem Insassen
des Sitzes bedient werden kann. Das Insassenerkennungssystem ist
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. 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1457391
A1 [0002, 0005]
- - US 2005/0038586 A1 [0003]