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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet kapazitiver Insassenerkennungssysteme, z. B. zur Verwendung bei der Steuerung der Entfaltung von sekundären Rückhaltesystemen eines Kraftfahrzeugs, wie Airbags, Sicherheitsgurt-Vorspanner und dergleichen, oder in Gurtkontrollsystemen.
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Stand der Technik
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Kapazitive Mess- und/oder Erkennungssysteme haben einen weiten Anwendungsbereich und werden unter anderem weit verbreitet für die Erkennung des Vorliegens und/oder der Position eines leitfähigen Körpers in der Nähe einer Elektrode des Systems verwendet. Ein kapazitiver Sensor, der von manchen als elektrischer Feldsensor oder Näherungssensor bezeichnet wird, bezeichnet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss von dem Gemessenen (einer Person, einem Körperteil einer Person, einem Haustier, einem Gegenstand, usw.) auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen mindestens eine Antennenelektrode, an die ein elektrisches Schwingungssignal angelegt wird und die daraufhin ein elektrisches Feld in einen Raumbereich nahe der Antennenelektrode ausstrahlt, während der Sensor in Betrieb ist. Der Sensor weist mindestens eine Fühlelektrode auf, die die eine oder die mehreren Antennenelektroden selber aufweisen könnte, an der der Einfluss eines Gegenstands oder eines Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird.
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Das technische Dokument mit dem Titel „Electric Field Sensing for Graphical Interfaces“ von J. R. Smith, veröffentlicht in „Computer Graphics I/O Devices“, Ausgabe Mai/Juni 1998, Seiten 54-60, beschreibt das Konzept der elektrischen Feldmessung, wie es zur Durchführung berührungsloser dreidimensionaler Positionsmessungen und insbesondere zur Messung der Position einer menschlichen Hand zum Zwecke der Eingabe von dreidimensionalen Positionen in einen Computer verwendet wird. Innerhalb des allgemeinen Konzepts der kapazitiven Messung unterscheidet der Autor zwischen distinkten Mechanismen, die er als „loading mode“ (Lademodus), „shunt mode“ (Parallelmodus) und „transmit mode“ (Sendemodus) bezeichnet, was verschiedenen möglichen Wegen für den elektrischen Strom entspricht. Im Lademodus wird ein Spannungsschwingungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein elektrisches Schwingungsfeld gegen Erde aufbaut. Der zu messende Gegenstand modifiziert die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und Masse. Im „Parallelmodus“, der alternativ auch als „Kopplungsmodus“ bezeichnet wird, wird ein Spannungsschwingungssignal an die Sendeelektrode angelegt, wobei ein elektrisches Feld an eine Empfängerelektrode aufgebaut wird, und die an der Empfängerelektrode induzierte Verschiebungsstromstärke wird gemessen, wodurch die Verschiebungsstromstärke durch den gemessenen Körper modifiziert werden kann. Im „Sendemodus“ wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Berührung gebracht, der dann zu einem Sender in Bezug auf einen Empfänger wird, und zwar entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über eine kapazitive Kopplung.
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Die kapazitive Kopplung wird im Allgemeinen durch das Anlegen eines Wechselspannungssignals an eine kapazitive Antennenelektrode und durch Messen des von der Antennenelektrode entweder zur Masse (im Lademodus) oder beim Kopplungsmodus in die zweite Elektrode (Empfängerelektrode) fließenden Stroms bestimmt. Dieser Strom wird normalerweise mittels eines Transimpedanzverstärkers gemessen, der an der Fühlelektrode angeschlossen ist und der einen in die Fühlelektrode fließenden Strom in eine Spannung umwandelt, die proportional zu dem in die Elektrode fließenden Strom ist.
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Während das vorstehende Messprinzip im Allgemeinen zu sehr nützlichen Ergebnissen führt, versteht es sich, dass in der Nähe von geerdeten Strukturen (z. B. Sitzheizungen in einem Fahrzeugsitz) Probleme auftreten können. Eine Sitzheizung umfasst ein Heizelement, das typischerweise ein niederohmiger Leiter (in Form eines Drahts, eines Kabels, einer auf ein isolierendes Substrat gedruckten leitfähigen Spur, oder dergleichen) zur Anordnung unter der Sitzabdeckung ist.
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Die zwischen der Fühlelektrode eines kapazitiven Insassenerkennungssystems und der Referenzelektrode (Karosserie) gemessene Basiskapazität erhöht sich insbesondere bei Systemen ohne Schutz-/Abschirmelektrode in großer Nähe zu einer Sitzheizungsstruktur. Dies liegt an der zusätzlichen kapazitiven Kopplung zwischen der Fühlelektrode und der Sitzheizungsstruktur, die wiederum einen niederohmigen Anschluss an die Referenzelektrode (Karosseriemasse) hat. Demnach ist es normalerweise nicht möglich, den Kapazitätseinfluss der Sitzheizungsstruktur von dem Einfluss der übrigen Karosserie zu trennen, da die Sitzheizungsstruktur zum Beispiel normalerweise eine separate Einheit ist.
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Im derzeitigen Stand der Technik können der Einfluss der Sitzheizung und der Einfluss des Sitzrahmens durch Anordnen der kapazitiven Sensorelektroden oberhalb der Sitzheizung in dem Sitz sowie durch Verwendung einer Schutz-/Abschirmelektrode zwischen der Fühlelektrode und der Sitzheizung verringert werden. Durch diese aktuellen Ausführungen erhöhen sich jedoch die Kosten des Systems dadurch, dass die Einbringung in den Sitz komplizierter wird.
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Die Druckschrift
EP 2 085 263 A1 beschreibt ein kapazitives Insassenerkennungssystem mit einer Fühlelektrode, die auf der Oberseite eines Fahrzeugsitzes angeordnet ist. Das Insassenerkennungssystem ist insbesondere dazu ausgelegt, eine Anordnung zu ermöglichen, bei der die Fühlelektrode unmittelbar unterhalb einer Sitzheizung angeordnet ist. Um diese Anordnung zu ermöglichen, weist eine Steuereinheit eine spezielle Schalter/Bauteile-Kombination auf, die es ermöglicht, den Einfluss der über der Fühlelektrode angeordneten Sitzheizung während der kapazitiven Insassenerkennungsfunktion zu minimieren.
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Aufgabenstellung
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Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein anderes kapazitives Messsystem vorzuschlagen, welches nicht von einer Störung durch die Sitzheizung beeinträchtigt wird. Diese Aufgabe wird durch einen Aufbau nach Anspruch 1 gelöst.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Das kapazitive Insassenerkennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine Fühlelektrode, die auf der Unterseite eines Schaumstoffsitzpolsters anzuordnen ist. Das Anordnen der Fühlelektrode an der Unterseite des Sitzpolsters bedeutet hier ein Anordnen in dem Bereich zwischen dem Polster und dem Sitzrahmen oder der Sitzschale. Die Fühlelektrode kann unmittelbar auf der Unterseite des Schaumpolsters angeordnet oder unmittelbar auf dem Sitzrahmen eingesetzt werden, mit der Maßgabe, dass die Fühlelektrode von dem Sitzrahmen elektrisch isoliert ist. In einer anderen Ausführungsform können Zwischenschichten vorgesehen sein, die zwischen dem Polster und der Elektrode (Vlies oder dergleichen) oder der Elektrode und dem Sitzrahmen eingesetzt oder angeordnet werden. Es sei angemerkt, dass die Fühlelektrode ein flächenförmiges leitfähiges Material und/oder einen leitfähigen Draht aufweisen kann, das/der auf einem Trägermaterial und/oder auf einer auf einem Trägermaterial aufgebrachten Leiterbahn aufgebracht ist.
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Das kapazitive Insassenerkennungssystem umfasst ferner eine sitzheizungsartige Struktur, die auf einer Oberseite des Sitzpolsters anzuordnen ist, und eine Auswerteeinheit, die wirksam mit der mindestens einen Fühlelektrode gekoppelt ist, um einen Wert zu bestimmen, der für die Kapazität zwischen der mindestens einen Fühlelektrode und der sitzheizungsartigen Struktur repräsentativ ist. Die sitzheizungsartige Struktur kann eine tatsächliche Sitzheizungsstruktur sein, wie eine Sitzheizmatte, die an eine Sitzheizungs-Stromversorgung anzuschließen ist. In einer anderen Ausführungsform kann, wenn die tatsächliche Sitzheizungsfunktion vom Kunden nicht gewünscht ist, die sitzheizungsartige Struktur eine Sitzheizungsattrappe aufweisen, d. h. eine elektrische Leiterstruktur, die z. B. ähnlich derjenigen einer tatsächlichen Sitzheizung sein kann, ohne dass sie an eine Sitzheizungs-Steuereinheit angeschlossen ist, um dem elektrischen Leiter Heizstrom zuzuführen.
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Die sitzheizungsartige Struktur ist auf der Oberseite des Schaumstoffsitzpolsters angeordnet, d. h. auf der sogenannten A-Fläche des Sitzes zwischen dem Polster und dem Sitzbezug. Die sitzheizungsartige Struktur kann direkt auf dem Sitzschaum angeordnet werden, oder es können Zwischenschichten vorgesehen sein, z. B. aus einem Vliesmaterial. Ebenso können weitere Schichten zwischen der sitzheizungsartigen Struktur und dem Sitzbezug angeordnet sein.
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Die Anordnung der sitzheizungsartigen Struktur und der Fühlelektrode ist derart, dass, wenn ein Passagier auf dem Fahrzeugsitz sitzt, der Sitzschaum unter dem Einfluss des Gewichts des auf dem Sitz sitzenden Passagiers zusammengedrückt und somit die sitzheizungsartige Struktur der Fühlelektrode auf der Unterseite des Sitzschaums angenähert wird. Die Kapazität zwischen der Sitzheizung oder der Sitzheizungsattrappe und der Fühlelektrode erhöht sich dadurch, und diese Erhöhung der Kapazität wird durch die Auswerteeinheit, die wirksam an die mindestens einen Fühlelektrode gekoppelt ist, erkannt. Die Anwesenheit eines Passagiers auf dem Sitz kann z. B. bestimmt werden, wenn der für die Kapazität repräsentative Wert zwischen der mindestens einen Fühlelektrode und der sitzheizungsartigen Struktur einen spezifischen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
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Anstatt den Einfluss eines elektrisch leitfähigen Körpers auf ein elektrisches Feld direkt zu bestimmen, bestimmt das kapazitive Messsystem des vorliegenden Systems die Anwesenheit eines Passagiers indirekt durch Bestimmen eines Betrags des Zusammendrückens des Sitzschaums. Das kapazitive Messsystem nutzt die Anwesenheit einer in dem Sitz vorhandenen Sitzheizung bzw. beruht auf einer in dem Sitz angeordneten Sitzheizungsattrappe.
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In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit eine mit der sitzheizungsartigen Struktur gekoppelte Wechselstromsignalquelle zur Beaufschlagung eines Wechselspannungssignals auf die sitzheizungsartige Struktur und einen mit der Fühlelektrode gekoppelten Transimpedanzverstärker zur Umwandlung eines in die Fühlelektrode fließenden Wechselstroms in eine Ausgangswechselspannung.
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Wenn die sitzheizungsartige Struktur eine Sitzheizungsattrappe ist, muss kein spezifisches technisches Problem gelöst werden, um der sitzheizungsartigen Struktur das passende Wechselstromsignal zuzuführen.
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Wenn die sitzheizungsartige Struktur jedoch eine echte Sitzheizmatte ist, der Gleichstrom von einer Gleichstromquelle zuzuführen ist, muss darauf geachtet werden, die Gleichstromzufuhr von der Wechselstromsignalquelle abzukoppeln. In einer möglichen Ausführungsform liefert die Gleichstromquelle daher über eine Gleichtaktdrossel einen Gleichstrom an die Sitzheizmatte. In einer anderen Ausführungsform liefert die Gleichstromquelle über Leistungsverstärker einen Gleichstrom an die Sitzheizmatte, und das Wechselspannungssignal der Wechselstromsignalquelle wird an einen Eingang der Leistungsverstärker gekoppelt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das kapazitive Insassenerkennungssystem eine Schutzelektrode, die zwischen der Fühlelektrode und einem unteren Sitzrahmen anzuordnen ist. In diesem Fall kann die Auswerteeinheit eine an die Schutzelektrode gekoppelte Wechselstromsignalquelle zur Beaufschlagung eines Wechselspannungssignals auf die Schutzelektrode und einen Transimpedanzverstärker aufweisen, von welchem ein Referenzeingang an das Wechselspannungssignal der Wechselstromsignalquelle und ein Signaleingang an die Fühlelektrode angeschlossen ist, um einen in die Fühlelektrode fließenden Wechselstrom in eine Ausgangswechselspannung umzuwandeln.
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Die sitzheizungsartige Struktur ist in diesem Fall vorzugsweise durch einen Erdungskondensator an eine Wechselstromerdung gekoppelt.
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Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch einen Fahrzeugsitz mit einem wie hier oben beschriebenen kapazitiven Insassenerkennungssystem betrifft. Der Fahrzeugsitz umfasst einen unteren Sitzrahmen, ein auf dem unteren Sitzrahmen angeordnetes Schaumstoffsitzpolster und einen oben auf dem Schaumstoffsitzpolster angeordneten Sitzbezug. Die sitzheizungsartige Struktur ist vorzugsweise zwischen dem Schaumstoffsitzpolster und dem Sitzbezug angeordnet, und die mindestens eine Fühlelektrode ist vorzugsweise zwischen dem Schaumstoffsitzpolster und dem unteren Sitzrahmen angeordnet, so dass sie von dem Sitzrahmen elektrisch isoliert ist.
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Wenn schließlich das kapazitive Insassenerkennungssystem eine Schutzelektrode umfasst, werden die mindestens eine Fühlelektrode und die Schutzelektrode vorzugsweise zwischen dem Schaumstoffsitzpolster und dem unteren Sitzrahmen angeordnet, wobei die Schutzelektrode zwischen der Fühlelektrode und einem unteren Sitzrahmen angeordnet wird. Vorteilhafterweise ist die Anordnung derart, dass die Schutzelektrode von dem Sitzrahmen elektrisch isoliert ist und dass die Fühlelektrode von dem Sitzrahmen und der Schutzelektrode elektrisch isoliert ist.
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Figurenliste
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Es werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine mögliche Elektrodenanordnung eines kapazitiven Messsystems in einem Fahrzeugsitz;
- 2 eine erste Ausführungsform einer Kapazitäts-Messschaltung einer Auswerteeinheit eines kapazitiven Messsystems, das in dem sogenannten Kopplungsmodus arbeitet;
- 3 eine zweite Ausführungsform einer Kapazitäts-Messschaltung, die im sogenannten Kopplungsmodus arbeitet;
- 4 eine dritte Ausführungsform einer Kapazitäts-Messschaltung, die im sogenannten Lademodus arbeitet.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt die mechanische Umsetzung des Messsystems in einem Passagiersitz 1 eines Autos. Die Sitzheizung oder die Sitzheizungsattrappe 3 ist unter dem Sitzbezug 2 oben auf dem Sitzschaum 4 montiert. Es muss eine Sitzheizungsattrappe oder eine äquivalente Elektrode eingebaut werden, wenn die Sitzheizfunktion vom Kunden nicht gewünscht ist. Eine solche Sitzheizungsattrappe kann eine elektrische Leiterstruktur ähnlich derjenigen einer echten Sitzheizung aufweisen, ohne dass diese an eine Sitzheizungs-Steuereinheit angeschlossen ist, um dem elektrischen Leiter einen Heizstrom zuzuführen.
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Eine Fühlelektrode 5 ist unter dem Sitzschaum 4 oben auf einer Schutzelektrode 6 montiert. Die Schutzelektrode 6 ist oben auf dem Sitzrahmen oder der Sitzschale 7 montiert. Die Elektroden 5 und 6 sind von dem Sitzrahmen 7 elektrisch isoliert. Die Schutzelektrode 6 schirmt die Fühlelektrode 5 von dem Sitzrahmen 7 ab, der typischerweise an Masse oder an eine Wechselstromerdung angeschlossen ist. Die Schutzelektrode 6 ist nicht für alle Umsetzungsmöglichkeiten erforderlich, wie es unten beschrieben wird.
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Wenn sich ein Passagier auf den Sitz setzt, drückt das Gewicht des Passagiers den Sitzschaum 4 in vertikaler Richtung zusammen, wodurch die Sitzheizung oder die Sitzheizungsattrappe 3 der Fühlelektrode 6 angenähert wird. Die Kapazität zwischen der Sitzheizung oder der Sitzheizungsattrappe 3 und der Fühlelektrode 5 erhöht sich dadurch. Diese Erhöhung der Kapazität wird mit einer elektronischen Schaltung gemessen, die in 1 nicht gezeigt ist, aber nachstehend ausführlich erläutert wird.
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2 zeigt eine erste Umsetzung einer kapazitiven Messschaltung für eine Auswerteeinheit, die zusammen mit dem in 1 gezeigten Aufbau verwendet werden kann. Die Schaltung misst die unbekannte Kapazität in dem sogenannten Kopplungsmodus, das heißt die Kapazität zwischen zwei Elektroden. In diesem Fall ist die erste Elektrode die Sitzheizung 3 und die zweite Elektrode die Fühlelektrode 5.
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Eine Wechselstromquelle 10 versorgt die Sitzheizung 3 über den Schalter 11 und eine Gleichtaktdrossel 13 mit elektrischem Strom. Der Schalter 11 kann alternativ auch zwischen der Gleichtaktdrossel 13 und Masse angeordnet sein.
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Eine Wechselspannungsquelle 14 beaufschlagt die Sitzheizung 3 mit einer Wechselspannung. Die Gleichtaktimpedanz der Gleichtaktdrossel 13 wird so gewählt, dass sie im Wesentlichen größer ist als die Ausgangsimpedanz des Wechselspannungsgenerators 14, um eine übermäßige Belastung der Wechselspannungsquelle zu vermeiden.
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Die Kapazitäten 18 und 19 stellen die zu bestimmenden Kapazitäten bzw. Impedanzen dar. Sie liegen zwischen der Sitzheizung 3 und der Fühlelektrode 5. Ein Transimpedanzverstärker, der einen Kopplungskondensator 21, eine Rückkopplungsimpedanz mit einem Kondensator 22 und einem Widerstand 23 und einen Operationsverstärker 24 umfasst, wandelt den von der Sitzheizung 3 durch die zu messenden Kapazitäten bzw. Impedanzen 18 und 19 in die Fühlelektrode 5 fließenden Wechselstrom in eine Ausgangswechselspannung an dem Ausgangsknoten 25 um.
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Die Ausgangswechselspannung an dem Ausgangsknoten 25 reagiert dadurch auf die unbekannten Kapazitäten bzw. Impedanzen 18 und 19. Es ist klar, dass die Messschaltung auch in der Lage ist, an Stelle der unbekannten Kapazitäten 18 und 19 eine unbekannte komplexe Impedanz zu messen, da die Phase zwischen der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 25 und der Spannung der Wechselspannungsquelle 14 bzw. die gleichphasigen Teile und Quadraturteile der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 25 verglichen mit der Spannung der Wechselspannungsquelle 14 auf die Real- und Reaktionsteile einer unbekannten komplexen Impedanz reagieren, die an Stelle von unbekannten Kapazitäten 18 und 19 verwendet werden.
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Um eine fehlerhafte Klassifizierung des Sitzbelegungszustands bei einem Bruch des Sitzheizungsleiters zu verhindern, ist ein Kondensator 16 mit dem elektrischen Leiter der Sitzheizung 3 parallel geschaltet. Der Kondensator 16 hat eine Impedanz, die im Wesentlichen kleiner ist als die Impedanz der gesamten zu messenden Kapazität oder Impedanz 18 und 19.
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Ohne den Kondensator 16 würde, sollte die Sitzheizung 3 brechen, die kapazitive Messung nur einen Teil der zu messenden Kapazität oder Impedanz 18 und 19 messen; wenn zum Beispiel in 2 die Heizung 3 in der Mitte brechen würde, würden nur die zu messende Kapazität oder Impedanz 19 von der Messschaltung gemessen. Außerdem kann ein Bruch in der Sitzheizung 3 durch Messen des aktuellen Heizstroms erkannt werden, wenn die Heizung 3 eingeschaltet wird, und dann kann eine Warnmeldung an den Autofahrer ausgegeben werden.
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Der Kondensator 12, der typischerweise eine geringe Kapazität hat, verhindert, dass von der Wechselstromsignalquelle 14 kommender Wechselstrom zu der Stromquelle 10 und dadurch in das Stromnetz des Autos zurückgeführt wird. Wie auch ersichtlich ist, ist die kapazitive Messschaltung in der Lage, unabhängig davon zu arbeiten, ob die Sitzheizung, die mit Gleichstrom versorgt wird, heizt oder nicht. Die Schutzelektrode 6 in 1 ist für den sogenannten Kopplungsmodus nicht erforderlich, da eine Kapazität zwischen der Fühlelektrode 5 und Masse durch die Eingangsimpedanz des Transimpedanzverstärkers nebengeschaltet ist.
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3 zeigt eine zweite Umsetzung einer kapazitiven Messschaltung, die zusammen mit dem Aufbau in 1 verwendet werden kann. Die Schaltung misst auch die unbekannte Kapazität in dem sogenannten Kopplungsmodus, das heißt die Kapazität zwischen zwei Elektroden. In diesem Fall ist die erste Elektrode die Sitzheizung 3 und die zweite Elektrode die Fühlelektrode 5.
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Die in 3 gezeigte Schaltung ist fast identisch zu der in 2 gezeigten Schaltung, außer dass die Wechselspannungsquelle 14 hier zwei Leistungsverstärker 35 und 36 antreibt, um die Gleichstromversorgungsspannung zum Heizen mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen. Den Leistungsverstärkern 35 und 36 wird über den Schalter 11 Gleichspannung aus der Gleichstromquelle 10 zugeführt. Die Leistungsverstärker 35 und 36 haben vorzugsweise eine Spannungsverstärkung von eins.
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Ein widerstandsbehafteter Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 30, 31 und 32, stellt die Gleichstrom-Betriebszustände der Leistungsverstärker 35 und 36 ein, zum Beispiel wird für eine Gleichstromversorgungsspannung von 12 V die Ausgangsgleichspannung des Verstärkers 35 auf 11,5 V und die Ausgangsgleichspannung des Verstärkers 36 auf 0,5 V eingestellt. Die Wechselspannungsquelle 14 liefert eine Wechselspannung mit einer Amplitude von zum Beispiel 0,2 V für die vorstehend beschriebenen Vorspannungen. Diese Wechselspannung wird durch die Kopplungskondensatoren 33 und 34 über Wechselstrom an die Eingänge der Verstärker 35 und 36, und dadurch an die Ausgänge der Verstärker 35 und 36 gekoppelt.
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Die Ausgangsspannung des Verstärkers 35 ist daher eine Gleichspannung von 11,5 V, die mit einer Wechselspannung mit einer Amplitude von 0,2 V überlagert wird, und die Ausgangsspannung des Verstärkers 36 ist daher eine Gleichspannung von 0,5 V, die mit einer Wechselspannung mit einer Amplitude von 0,2 V überlagert wird. Die die Sitzheizung beaufschlagende Wechselspannung ist daher die gleiche Wechselspannung wie die Wechselspannung der Wechselspannungsquelle 14.
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Die Leistungsverstärker 35 und 36 können zum Beispiel MOSFET-Transistoren sein, die zusammen mit einer Rückkopplungsschleife unter Verwendung eines Operationsverstärkers als Fehlerverstärker betrieben werden. Der übrige Betrieb der Schaltung ist ähnlich wie der Betrieb der Schaltung aus 2. Der Kondensator 16 in 2 ist nicht notwendig, da beide Verstärker 35 und 36 die gleiche Wechselspannung ausgeben.
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Wie auch ersichtlich ist, ist die kapazitive Messschaltung in der Lage, unabhängig davon zu arbeiten, ob die Sitzheizung, die mit Gleichstrom versorgt wird, heizt oder nicht. Die in 3 gezeigte Schaltung ist auch in der Lage, komplexe unbekannte Impedanzen 18 und 19 zu messen.
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4 zeigt eine dritte Umsetzung einer kapazitiven Messschaltung, die zusammen mit dem in 1 gezeigten Aufbau verwendet werden kann. Die Schaltung misst die unbekannte Kapazität in dem sogenannten Lademodus, also die Kapazität zwischen einer Fühlelektrode 5 und der Wechselstromerdung. Die Wechselstromerdung wird in diesem Fall von der Sitzheizung vorgesehen.
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Eine Gleichstromquelle 10 führt der Sitzheizung 3 über den Schalter 11 elektrischen Strom zu. Der Schalter 11 kann alternativ auch zwischen der Sitzheizung 3 und Masse angeordnet sein. Der Kondensator 12 sorgt dafür, dass die Sitzheizung 3 stets vollständig mit der Wechselstromerdung verbunden ist, selbst dann, wenn sich der Schalter 11 im ausgeschalteten Zustand befindet oder wenn die Sitzheizung einen einzelnen Drahtbruch aufweist.
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Die Wechselspannungsquelle 40 erzeugt eine Wechselspannung, die dem Referenzeingang des Transimpedanzverstärkers zugeführt wird, der von dem Kopplungskondensator 21, der Rückkopplungsimpedanz des Kondensators 22 und des Widerstands 23 und dem Operationsverstärker 24 gebildet ist. Der Signaleingang des Transimpedanzverstärkers ist an die Fühlelektrode 5 angeschlossen.
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Da die Wechselspannung des Signaleingangs des Transimpedanzverstärkers die Wechselspannung des Referenzeingangs nachführt, welche die Wechselspannung der Signalquelle 40 ist, werden die Fühlelektrode 5 und die Schutzelektrode 6, die an die Signalquelle 40 angeschlossen sind, auf der gleichen Wechselspannung gehalten. Dadurch schirmt die Schutzelektrode die Fühlelektrode von unerwünschter Kopplung mit der Wechselstromerdung, typischerweise dem Sitzrahmen 7 in 1, ab.
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Der aus der Fühlelektrode 5 durch die unbekannten Kapazitäten oder Impedanzen 18 und 19 durch die Sitzheizung in die Wechselstromerdung fließende Strom wird von dem Transimpedanzverstärker gemessen und von dem Transimpedanzverstärker an seinem Ausgang in eine Wechselspannung umgewandelt. Die Ausgangswechselspannung an dem Ausgangsknoten 25 reagiert dadurch auf die unbekannten Kapazitäten bzw. Impedanzen 18 und 19.
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Es ist klar, dass die Messschaltung auch in der Lage ist, an Stelle der unbekannten Kapazitäten 18 und 19 eine unbekannte komplexe Impedanz zu messen, da die Phase zwischen der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 25 und die Spannung der Wechselspannungsquelle 40 bzw. die gleichphasigen und Quadraturteile der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 25 verglichen mit der Spannung der Wechselspannungsquelle 14 auf die Real- und Reaktionsteile einer unbekannten komplexen Impedanz reagieren, die an Stelle von unbekannten Kapazitäten 18 und 19 verwendet wird. Wie ersichtlich ist, ist die kapazitive Messschaltung in der Lage, unabhängig davon zu arbeiten, ob die Sitzheizung, die mit Gleichstrom versorgt wird, heizt oder nicht.
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Bei allen vorstehend beschriebenen Fällen kann das Messen des Realteils der unbekannten Impedanzen 18 und 19 verwendet werden, um zu erkennen, ob der Sitzschaum oder der Sitzbezug nass geworden ist. Die Nässe erhöht typischerweise den gemessenen kapazitiven Teil. Die Verwendung des Realteils der Messung ermöglicht die Anpassung der Erfassungsschwelle, mit der die gemessene Kapazität verglichen wird, um das Vorliegen eines Passagiers bei einem nassen Sitz zu erkennen.
