-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Erfassungsvorrichtung, ein eine solche kapazitive Erfassungsvorrichtung umfassendes Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems und ein Softwaremodul zur Durchführung des Verfahrens.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In Fahrzeugen und insbesondere in Personenkraftwagen werden heutzutage Sitzbenutzererkennungs- und/oder -klassifizierungssysteme weithin verwendet, um ein Sitzbenutzersignal für verschiedene Geräte wie beispielsweise für die Zwecke eines Gurtwarnsystems (SBR; seat belt reminder system) oder einer Aktivierungssteuerung für ein Zusatzrückhaltesystem (ARS; auxiliary restraint system) zur Verfügung zu stellen. Sitzbenutzererkennungs- und/oder -klassifizierungssysteme umfassen Sitzbenutzersensoren, die bekannterweise in einer Vielzahl von Varianten vorkommen und insbesondere auf der kapazitiven Erfassung basieren. Ein Ausgangssignal des Sitzbenutzererkennungs- und/oder -klassifizierungssystems wird normalerweise zu einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs übertragen, um beispielsweise als Grundlage für eine Entscheidung für das Entfalten eines Airbagsystems in Richtung des Fahrzeugsitzes zu dienen.
-
Ein kapazitiver Sensor, der von Einigen als „E-Feld-Sensor“ oder „Näherungssensor“ bezeichnet wird, bedeutet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss dessen anspricht, was bei einem elektrischen Feld erfasst wird (eine Person, ein Körperteil einer Person, ein Haustier, ein Gegenstand usw.). Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen mindestens eine Antennenelektrode, an welche bei eingeschaltetem Sensor ein oszillierendes elektrisches Signal angelegt wird und welche danach ein elektrisches Feld in einem der Antennenelektrode nahen räumlichen Bereich aufbaut. Der Sensor umfasst mindestens eine Erfassungselektrode - welche die eine oder die mehreren Antennenelektroden selbst umfassen könnte -, an welcher der Einfluss eines Gegenstands oder Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird.
-
Die verschiedenen kapazitiven Erfassungsmechanismen werden beispielsweise in der technischen Abhandlung mit dem Titel „Electric Field Sensing for Graphical Interfaces“ von J. R. Smith et al. erklärt, die in IEEE Computer Graphics and Applications, 18 (3): 54-60, 1998, veröffentlicht wurde. Die Abhandlung beschreibt das Konzept der Erfassung eines elektrischen Feldes, wobei das Konzept verwendet wird, um berührungslose dreidimensionale Positionsmessungen durchzuführen und um insbesondere die Position einer menschlichen Hand mit dem Zweck zu erfassen, einem Computer dreidimensionale Eingaben der Position bereitzustellen. Der Autor unterscheidet bei dem allgemeinen Konzept der kapazitiven Erfassung zwischen einzelnen Mechanismen, die er als „loading mode“ (Lademodus), „shunt mode“ (Nebenschlussmodus) und „transmit mode“ (Sendemodus) bezeichnet, welche verschiedenen möglichen Wegen des elektrischen Stroms entsprechen. Im „Lademodus“ wird ein oszillierendes Spannungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein oszillierendes elektrisches Feld gegen Masse aufbaut. Das zu erfassende Objekt modifiziert die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und Masse. Im „Nebenschlussmodus“, der alternativ auch als „Kopplungsmodus“ bezeichnet wird, wird ein oszillierendes Spannungssignal an die Sendeelektrode angelegt, die ein elektrisches Feld gegen eine Empfangselektrode aufbaut, und der an der Empfangselektrode induzierte Verschiebungsstrom wird gemessen, wodurch der Verschiebungsstrom durch den Körper, der gerade erfasst wird, modifiziert werden kann. Im „Sendemodus“ wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Kontakt gebracht, der dann entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über kapazitive Kopplung ein Sender relativ zu einem Empfänger wird.
-
Die kapazitive Kopplung wird im Allgemeinen ermittelt, indem ein Wechselspannungssignal an eine kapazitive Antennenelektrode angelegt wird und der Strom gemessen wird, der von der Antennenelektrode entweder zu Masse (im Lademodus) oder im Falle des Kopplungsmodus in die zweite Elektrode (Empfangselektrode) fließt. Dieser Strom wird normalerweise mittels eines Transimpedanzverstärkers gemessen, der an die Erfassungselektrode angeschlossen ist und der einen in die Erfassungselektrode fließenden Strom in eine Spannung umwandelt, die proportional zu dem in die Antennenelektrode fließenden Strom ist.
-
Einige kapazitive Sensoren sind als nur erfassende kapazitive Sensoren mit einer einzigen Erfassungselektrode ausgelegt. Ferner werden ziemlich oft kapazitive Sensoren benutzt, die eine Erfassungselektrode und eine Schutzelektrode umfassen, die nahe beieinander angeordnet und gegenseitig voneinander isoliert sind. Diese Methode des „Schützens“ ist in der Technik weithin bekannt und wird häufig zum zweckbestimmten Maskieren und somit Gestalten eines Empfindlichkeitszustands eines kapazitiven Sensors angewendet. Dazu wird die Schutzelektrode auf dem gleichen elektrischen Wechselstrompotential gehalten wie die Erfassungselektrode. Infolgedessen ist ein Raum zwischen der Erfassungselektrode und der Schutzelektrode frei von einem elektrischen Feld und ist der kapazitive Schutz-Erfassungs-Sensor in einer Richtung zwischen der Erfassungselektrode und der Schutzelektrode unempfindlich.
-
Es wurden viele verschiedene kapazitive Insassenerfassungssysteme vorgeschlagen, beispielsweise zur Steuerung der Entfaltung von einem oder mehreren Airbags wie z. B. einem Fahrerairbag, einem Beifahrerairbag und/oder einem Seitenairbag. Das an Jinno et al. erteilte
US-Patent 6,161,070 betrifft ein Insassenerkennungssystem einschließlich einer einzigen Antennenelektrode, die auf einer Oberfläche eines Fahrgastsitzes in einem Kraftfahrzeug angebracht ist. Ein Oszillator legt ein oszillierendes Spannungssignal an die Antennenelektrode an, wodurch ein sehr kleines elektrisches Feld rings um die Antennenelektrode erzeugt wird. Jinno schlägt die Erkennung der An- oder Abwesenheit eines Fahrgasts auf dem Sitz auf Basis der Amplitude und der Phase des zur Antennenelektrode fließenden Stroms vor.
-
Das an Stanley erteilte
US-Patent 6,392,542 lehrt einen E-Feld-Sensor, der eine Elektrode umfasst, die in einem Sitz angebracht werden kann und mit einer Erfassungsschaltung wirkgekoppelt ist, die an die Elektrode ein oszillierendes oder gepulstes Signal mit einer Frequenz anlegt, die auf Sitznässe „bestenfalls schwach anspricht“. Stanley schlägt die Messung der Phase und Amplitude des zur Elektrode fließenden Stroms vor, um einen belegten oder einen leeren Sitz zu erkennen und die Sitznässe auszugleichen.
-
Andere hatten den Gedanken, das Heizelement einer Sitzheizung als Antennenelektrode eines kapazitiven Belegungserfassungssystems zu benutzen. Die internationale Anmeldung
WO 92/17344 A1 offenbart einen elektrisch beheizten Fahrzeugsitz mit einem Leiter, der durch den Durchfluss eines elektrischen Stroms erwärmt werden kann und in der Sitzfläche angeordnet ist, wobei der Leiter ferner eine Elektrode eines Zwei-Elektroden-Sitzbelegungssensors bildet.
-
Die internationale Anmeldung
WO 95/13204 A1 offenbart ein ähnliches System, bei dem die Schwingungsfrequenz eines an das Heizelement angeschlossenen Oszillators gemessen wird, um den Belegungszustand des Fahrzeugsitzes herzuleiten. Kompliziertere Kombinationen aus einer Sitzheizung und einem kapazitiven Sensor werden beispielsweise in den Patentschriften
US 7,521,940 B2 ,
US 2009/0295199 A1 und
US 6,703,845 offenbart.
-
Kapazitive Antennenelektroden werden generell derart konstruiert, dass sie sich im Wesentlichen über die gesamte Sitzfläche des Fahrzeugsitzes erstrecken. Dies gewährleistet, dass ein Fahrgast sogar dann zuverlässig erkannt werden kann, wenn er auf unnatürliche Weise auf dem Sitz sitzt, also z. B. auf der vordersten Position des Fahrzeugsitzes.
-
Das kapazitive Erfassungssystem sollte in der Lage sein, einen leeren Sitz oder einen mit einem Kinderrückhaltesystem (KRS) ausgestatteten Sitz von einer direkt auf dem Sitz sitzenden Person zu unterscheiden.
-
Eine verlässliche Möglichkeit zur Unterscheidung zwischen potentiellen Sitzbenutzerklassen ist für die Erfüllung hoher Sicherheitsanforderungen unbedingt notwendig. Im Vergleich zu Fahrzeugsitzklassifizierungssystemen, die mechanische, auf Belastung basierende Widerstandsmessungen durchführen und in der Technik ebenfalls bekannt sind, bringt eine kapazitive Messung die Vorteil einer einfacheren Verdrahtung und eine beständige und reproduzierbare Messung über einen gesamten Temperaturbereich mit sich, der in den üblichen Fahrzeuganforderungen spezifiziert ist.
-
Ein Sitzbenutzererkennungs- und -klassifizierungssystem - insbesondere zur Erkennung und Klassifizierung einer Sitzbelegung eines Fahrzeugsitzes - auf Basis einer kapazitiven Erfassung misst eine physikalische Größe wie beispielsweise einen elektrischen Strom durch ein kapazitives Sensorelement oder eine komplexe Impedanz oder Admittanz des kapazitiven Sensorelements, wobei die physikalische Größe für ein elektrisches Feld zwischen mindestens einer Erfassungselektrode des kapazitiven Sensorelements und einer Fahrzeugkarosserie repräsentativ ist.
-
Die mindestens eine Erfassungselektrode kann auf oder in dem Fahrzeugsitz positioniert werden. Ein Sitzbenutzer oder ein Objekt, das auf dem Fahrzeugsitz platziert ist, modifiziert das elektrische Feld der Erfassungselektrode, was zu einer Änderung der gemessenen physikalischen Größe führt.
-
Das Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem ist ein kapazitives Messsystem, das im Fahrgastsitz eines Fahrzeugs verwendet wird, um zu klassifizieren, ob ein Erwachsener auf dem Sitz sitzt oder der Sitz leer oder mit einem Kinderrückhaltesystem (KRS) belegt ist.
-
Ein Problem, das eine kapazitive Erfassungsvorrichtung betrifft, die eine kapazitive Kopplung zwischen einer Antennenelektrode und Fahrzeugmasse misst, könnte folgendermaßen auftreten:
- - bei einem Standard-KRS, d. h. einem nicht mit Masse verbundenen KRS, das mittels des Sitzgurts auf dem Sitz angebracht ist, wird ein mit einem KRS ausgestatteter Sitz als niedrige Kapazität erfasst, wohingegen eine direkt auf dem Sitz sitzende Person als hohe Kapazität erfasst wird;
- - bei einem mit Masse verbundenen KRS, d. h. bei einem ISOFIX-KRS, das elektrisch an Fahrzeugmasse angeschlossen ist, erfasst das System eine hohe Kapazität, die zu einer falschen Klassifizierung führen kann.
-
Somit werden Fahrzeugsitzbenutzer-Klassifizierungssysteme, die auf der kapazitiven Erfassung beruhen, im Falle von auf einem Fahrzeugsitz platzierten, mit Fahrzeugmasse verbundenen Objekten wie beispielsweise einem ISOFIX-KRS in die Irre geführt, das im angebrachten Zustand durch die mechanische Verbindung des KRS mit Verankerungen, die fest an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind, mit Masse verbunden wird. ISOFIX-Kinderrückhaltesysteme sind mit Haltebügeln aus Metall ausgestattet, die für die schnelle Befestigung an den Verankerungen konfiguriert sind. Die Haltebügel aus Metall sind Teil eines Metallrahmens, der in dem KRS angeordnet ist. Dieser Metallrahmen könnte bis auf wenige Millimeter in die Nähe der Antennenelektrode gelangen. Je nach der Nähe des mit Masse verbundenen KRS-Metallrahmens zu der mindestens einen Antennenelektrode des kapazitiven Sensorelements könnte die erfasste physikalische Größe groß genug dafür sein, dass sie das Fahrzeugsitzbenutzer-Klassifizierungssystem dazu veranlasst, ein elektrisch mit Fahrzeugmasse verbundenes KRS als eine „direkt auf dem Sitz sitzende Person“ klassifiziert.
-
In solchen Fällen könnte eine Möglichkeit des Fahrzeugsitzbenutzer-Klassifizierungssystems für die korrekte Klassifizierung eines Sitzbenutzers beeinträchtigt werden. Gleichfalls kann ein beliebiges Objekt, das mit Fahrzeugmasse verbunden ist, wegen eines relativ kleinen Abstands zwischen dem kapazitiven Sensorelement und dem mit Masse verbundenen Objekt zu einer falschen Klassifizierung durch das Fahrzeugsitzbenutzer-Klassifizierungssystem führen.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sitzbenutzerklassifizierungssystem mit hoher Funktionsrobustheit bereitzustellen, und zwar insbesondere ein Fahrzeugsitzbenutzer-Klassifizierungssystem, das eine Sitzbelegung zuverlässig und korrekt ohne die vorstehend beschriebenen Unzulänglichkeiten klassifizieren kann und das insbesondere eine korrekte Klassifizierung eines KRS ermöglicht, das mit dem ISOFIX-System angebracht wird und das elektrisch mit Fahrzeugmasse verbunden ist.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die Aufgabe wird in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine kapazitive Erfassungsvorrichtung für ein Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem gelöst. Die kapazitive Erfassungsvorrichtung umfasst eine Impedanzmessschaltung und eine Signalverarbeitungseinheit.
-
Die Impedanzmessschaltung umfasst eine Signalspannungsquelle, die dafür konfiguriert ist, bezogen auf ein Massepotential ein periodisches elektrisches Messsignal an einem Ausgangsanschluss bereitzustellen, und mindestens ein Erfassungsstrom-Messmittel, das dafür konfiguriert ist, komplexe Erfassungsströme bezogen auf eine Referenzspannung zu messen.
-
Ein kapazitiver Sensor, der mindestens eine erste elektrisch leitende Antennenelektrode und eine zweite elektrisch leitende Antennenelektrode umfasst, ist derart an die Impedanzmessschaltung elektrisch anschließbar, dass
- - zumindest die erste Antennenelektrode an den Ausgangsanschluss elektrisch anschließbar ist, um das elektrische Messsignal zu empfangen, und
- - die zweite Antennenelektrode über mindestens ein steuerbares, vorzugsweise fernsteuerbares, Schaltelement entweder an das Massepotential oder an ein elektrisches Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar ist.
-
Die komplexen Erfassungsströme werden in dem kapazitiven Sensor durch das bereitgestellte periodische Messsignal erzeugt.
-
Der Ausdruck „elektrisch anschließbar / elektrisch angeschlossen“ ist in der in dieser Anmeldung gebrauchten Bedeutung so zu verstehen, dass er sowohl galvanische elektrische Anschlüsse als auch elektrische Anschlüsse, die durch eine kapazitive und/oder induktive elektromagnetische Kopplung entstehen, umfasst. Der Ausdruck „dafür konfiguriert sein“ ist in der in dieser Anmeldung gebrauchten Bedeutung insbesondere als spezifisch programmiert, ausgelegt, ausgestattet oder angeordnet zu verstehen.
-
Es ist hiermit ferner anzumerken, dass die Begriffe „erster“ und „zweiter“ in dieser Anmeldung lediglich für Unterscheidungszwecke gebraucht werden und keineswegs eine Reihenfolge oder Priorität angeben oder vorwegnehmen.
-
Die Signalverarbeitungseinheit ist dafür konfiguriert, komplexe Impedanzen aus gemessenen Strömen zumindest durch die erste Antennenelektrode bezogen auf das komplexe Bezugspotential zu ermitteln und Ausgangssignale bereitzustellen, die für die ermittelten komplexen Impedanzen repräsentativ sind.
-
Die Erfindung beruht auf dem Konzept, die größte Unbekannte bei der Einrichtung einer Sitzbelegung zu eliminieren, welche der Masseverbindungszustand eines Objekts ist, das auf dem Sitz angeordnet ist, bevor außerdem komplexe Impedanzen aus gemessenen Strömen zur Erkennung und Klassifizierung der Sitzbelegung ermittelt werden. Auf diese Weise lässt sich das Auftreten von Messbedingungen mit Mehrdeutigkeiten in Bezug auf die Klassifizierung von Sitzbelegungen verhindern und eine kapazitive Erfassungsvorrichtung mit verbesserter Robustheit in Bezug auf die Erkennung von Sitzbelegungen - insbesondere in Gegenwart von mit Masse verbundenen Objekten - zur Verfügung stellen.
-
Das mindestens eine steuerbare Schaltelement kann einen Teil der kapazitiven Erfassungsvorrichtung bilden oder es kann einen Teil einer anderen Vorrichtung bilden, die von der kapazitiven Erfassungsvorrichtung getrennt und mit dieser wirkgekoppelt ist.
-
Statt komplexe Impedanzen aus gemessenen Strömen zu ermitteln, kann die Signalverarbeitungseinheit dafür konfiguriert werden, komplexe Admittanzen aus gemessenen Strömen ohne irgendeine Änderung des offenbarten Gegenstands der Erfindung zu ermitteln, weil die Real- und Imaginärteile einer komplexen Impedanz und deren entsprechende komplexe Admittanz durch eine Eins-zu-eins-Entsprechung zueinander in Beziehung stehen, wie es sich für den Fachmann ohne Weiteres versteht.
-
Die kapazitive Erfassungsvorrichtung kann insbesondere für ein Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem verwendet werden. Der Begriff „Fahrzeug“ ist in der in dieser Anmeldung gebrauchten Bedeutung insbesondere so zu verstehen, dass er Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Busse umfasst.
-
Der kapazitive Sensor wird vorzugsweise im Lademodus betrieben, der in dem vorstehend erwähnten Artikel „Electric field sensing for graphical interfaces“ von J. R. Smith et al. beschrieben wird, welcher hiermit durch Verweis in seiner Gesamtheit mit Wirkung für diejenigen Jurisdiktionen einbezogen wird, die eine Einbeziehung durch Verweis zulassen. Es ist allgemein auch vorgesehen, dass der kapazitive Sensor im Sendemodus oder im Nebenschlussmodus bei einigen Ausgestaltungen oder bei einigen Betriebsmodi betrieben wird.
-
Die erste elektrisch leitende Antennenelektrode und die zweite elektrisch leitende Antennenelektrode sind vorzugsweise galvanisch voneinander getrennt. Der Begriff „galvanisch getrennt“ ist in der in dieser Anmeldung gebrauchten Bedeutung insbesondere so zu verstehen, dass er keinen elektrischen Gleichstrom (DC; direct current) zwischen galvanisch getrennten Objekten leitet.
-
Die Aufgabe wird in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem, insbesondere ein Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem, gelöst, das eine wie hierin offenbarte kapazitive Erfassungsvorrichtung umfasst, wobei der kapazitive Sensor derart an die Impedanzmessschaltung elektrisch anschließbar ist, dass ein in oder durch die zweite Antennenelektrode fließender Strom durch die Impedanzmessschaltung gemessen werden kann. Die Signalverarbeitungseinheit ist ferner dafür konfiguriert, zumindest eine komplexe Impedanz aus einem bezogen auf das komplexe Bezugspotential ermittelten gemessenen Strom durch die zweite Antennenelektrode zu ermitteln.
-
Das Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem umfasst ferner eine Steuer- und Auswerteeinheit, die dafür konfiguriert ist,
- - die durch die Signalverarbeitungseinheit bereitgestellten Ausgangssignale zu empfangen,
- - abhängig von einem Ergebnis der komplexen Impedanz aus dem gemessenen Strom durch die zweite Antennenelektrode, mindestens einen Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz auszuwählen,
- - die komplexen Impedanzen aus dem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und
- - basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens, eine Sitzbelegungsklasse zu ermitteln.
-
Der Strom durch die zweite Antennenelektrode kann durch das mindestens eine Erfassungsstrom-Messmittel der Impedanzmessschaltung gemessen werden. Alternativ dazu kann die Impedanzmessschaltung ein zweites Erfassungsstrom-Messmittel für diesen Zweck umfassen.
-
Die vorliegende Erfindung schlägt zusätzlich zu dem normalen Betriebsmodus vor, einen zweiten Messmodus einzuführen, der eine Unterscheidung von Objekten (KRS oder Mensch) mit und ohne Masseverbindungszustand ermöglicht. Die Daten werden in Abhängigkeit vom Wert der neuen Messung verschiedenen Gruppen zugeordnet, die von verschiedenen Schwellwerten im Lademodus abhängig sind. Dies bedeutet, dass, wenn die neue Messung einen Masseverbindungszustand des Objekts angibt, ein anderer Schwellwert im normalen Betriebsmodus angewendet wird. Somit wird ein KRS mit Masseverbindungszustand mittels des anderen Schwellwerts klassifiziert, was zu einer Steigerung der Robustheit führt. Typische Positionen des Menschen weisen keinen Masseverbindungszustand auf und werden durch den ersten Schwellwert klassifiziert.
-
Das vorgeschlagene System ist eine (fast) von der KRS-Konstruktion unabhängige Lösung für das ISOFIX-KRS.
-
5A bis 5C veranschaulichen schematisch das Prinzip, auf dem ein Betrieb des Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems beruht. 5A ist eine schematische Seitenansicht eines erwachsenen Sitzbenutzers, der auf dem Fahrzeugsitz angeordnet ist. Der erwachsene Sitzbenutzer ist nicht elektrisch mit Masse verbunden. Wegen der elektrischen Wechselwirkung zwischen dem Sitzbenutzer und der ersten und zweiten Antenne, die an einem Sitzkissen des Fahrzeugsitzes angeordnet sind, bewirkt ein der ersten Antennenelektrode zugeführter elektrischer Strom einen durch die zweite Antennenelektrode fließenden elektrischen Strom. Eine gemessene Gesamtkapazität, die aus der ermittelten komplexen Impedanz dieser Konfiguration hergeleitet wird, ist gleich der Kapazität von zwei elektrisch parallel geschalteten Kondensatoren, wobei ein Kondensator durch die erste Antennenelektrode und den Sitzbenutzer ausgebildet ist und der andere Kondensator durch die zweite Antennenelektrode und den Sitzbenutzer ausgebildet ist. Die Sitzbenutzer erzeugt demnach einen relativ großen Strom in der zweiten Antennenelektrode der kapazitiven Erfassungsvorrichtung.
-
5B ist eine schematische Seitenansicht eines Kinderrückhaltesystems (KRS), das auf dem Fahrzeugsitz angeordnet ist, aber nicht mechanisch und elektrisch mit Verankerungen verbunden ist, die fest an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind. Ein der ersten Antennenelektrode zugeführter elektrischer Strom bewirkt einen durch die zweite Antennenelektrode fließenden elektrischen Strom, der durch die elektromagnetische Kopplung, die durch die geometrische Beziehung zwischen den zwei Antennenelektroden geregelt wird, bestimmt wird und wegen der geringen elektromagnetischen Kopplung zwischen jeder der Antennenelektroden und dem KRS nicht durch das KRS erhöht wird.
-
5C ist eine schematische Seitenansicht eines Kinderrückhaltesystems (KRS), das auf dem Fahrzeugsitz angeordnet ist und mechanisch und elektrisch mit Verankerungen verbunden ist, die fest an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind. Ein der ersten Antennenelektrode zugeführter elektrischer Strom bewirkt keinen durch die zweite Antennenelektrode fließenden elektrischen Strom, weil der Strom durch das mit Masse verbundene KRS zu Masse (der Fahrzeugkarosserie) fließt.
-
Somit kann die durch das Signal der zweiten Antennenelektrode erhaltene zusätzliche Information über den Masseverbindungszustand des auf dem Sitz angeordneten Objekts vorteilhaft dazu verwendet werden, einen geeigneten Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz auszuwählen. Das durch die erste Antennenelektrode erhaltene Signal kann dann für eine robuste und zuverlässige Sitzbelegungserkennung und -klassifizierung mit dem geeigneten Schwellwert verglichen werden.
-
Die Aufgabe wird auch durch ein Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem, insbesondere ein Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem, gelöst, das eine wie hierin offenbarte kapazitive Erfassungsvorrichtung umfasst, wobei der kapazitive Sensor derart an die Impedanzmessschaltung elektrisch anschließbar ist, dass die zweite Antennenelektrode über das mindestens eine steuerbare (fernsteuerbare) Schaltelement entweder an das Massepotential oder an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar ist. Die Signalverarbeitungseinheit ist ferner dafür konfiguriert, zumindest eine erste komplexe Impedanz aus einem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode zu ermitteln, wobei die zweite Antennenelektrode an das elektrische Gleichstrompotential elektrisch angeschlossen ist, und eine zweite komplexe Impedanz aus einem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode zu ermitteln, wobei die zweite Antennenelektrode an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch angeschlossen ist.
-
Das Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem umfasst ferner eine Steuer- und Auswerteeinheit, die dafür konfiguriert ist,
- - die durch die Signalverarbeitungseinheit bereitgestellten Ausgangssignale zu empfangen,
- - abhängig von einer Beziehung zwischen der ersten und zweiten komplexen Impedanz, mindestens einen Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz auszuwählen,
- - die komplexen Impedanzen aus dem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und
- - basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens, eine Sitzbelegungsklasse zu ermitteln.
-
Falls ein Masseverbindungszustand des auf dem Sitz angeordneten Objekts vorliegt, kann so gut wie keine Differenz zwischen der ersten und zweiten komplexen Impedanz gemessen werden, weil das mit Masse verbundene Objekt als elektromagnetische Abschirmung in Bezug auf die zweite Antennenelektrode wirkt. Dies lässt sich vorteilhaft für die Unterscheidung zwischen einem mit Masse verbundenen und einem nicht mit Masse verbundenen auf dem Sitz angeordneten Objekt sowie für die Auswahl eines geeigneten Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz ausnutzen. Das durch die erste Antennenelektrode erhaltene Signal kann anschließend mit dem geeigneten Schwellwert für eine robuste und zuverlässige Sitzbelegungserkennung und -klassifizierung verglichen werden.
-
Es ist anzumerken, dass statt der tatsächlichen Ermittlung der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz und der Auswahl des Schwellwerts in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen der ersten und zweiten komplexen Impedanz die Signalverarbeitungseinheit derart konfiguriert werden kann, dass sie zumindest nur eine Differenz zwischen einer ersten komplexen Impedanz der ersten Antennenelektrode ermittelt, wobei die zweite Antennenelektrode an das Massepotential elektrisch angeschlossen ist, und eine zweite komplexe Impedanz der ersten Antennenelektrode ermittelt, wobei die zweite Antennenelektrode an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch angeschlossen ist.
-
Der kapazitive Sensor ist bei einer solchen Ausgestaltung derart an die Impedanzmessschaltung elektrisch anschließbar, dass die zweite Antennenelektrode über das mindestens eine steuerbare Schaltelement abwechselnd an das Massepotential und an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar ist, und wobei die Steuer- und Auswerteeinheit dafür konfiguriert ist, mindestens einen Schwellwert abhängig von der Differenz zwischen der ersten und zweiten komplexen Impedanz auszuwählen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass eine solche Implementierung eine „Modulation“ der zweiten Antenne (zwischen Masse- und Wechselstrompotential) nutzt und dass die weitere Auswertung auf der Differenz der Impedanzen (als Demodulationsergebnis) basiert.
-
Bei einigen Ausgestaltungen des Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems umfasst die kapazitive Erfassungsvorrichtung mindestens ein fernsteuerbares Schaltelement und umfasst das Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem eine Schalt-Fernsteuereinheit zur Fernsteuerung des mindestens einen fernsteuerbaren Schaltelements.
-
Auf diese Weise lässt sich eine verlässliche Unterscheidung zwischen einem mit Masse verbundenen und einem nicht mit Masse verbundenen auf dem Sitz angeordneten Objekt für die Auswahl eines geeigneten Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz erzielen.
-
Die Schalt-Fernsteuereinheit ist vorzugsweise durch einen Mikrocontroller ausgebildet. Mikrocontroller, die entsprechend ausgerüstet sind und beispielsweise eine Prozessoreinheit, eine digitale Datenspeichereinheit, einen Mikrocontroller-Systemtaktgeber, eine Multiplexereinheit und Analog-Digital-Wandler umfassen, sind heutzutage ohne Weiteres in vielen Variationen erhältlich.
-
Bei einigen bevorzugten Ausgestaltungen des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems ist die Schalt-Fernsteuereinheit dafür konfiguriert, das fernsteuerbare Schaltelement periodisch derart zu schalten, dass es einen elektrischen Anschluss der zweiten Antennenelektrode für einen vorgegebenen Zeitraum von einem an das elektrische Massepotential elektrisch angeschlossenen Zustand in einen an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch angeschlossenen Zustand und nach Ablauf des Zeitraums zurück in einen an das elektrische Massepotential elektrisch angeschlossenen Zustand umändert. Wenn ein entsprechender vorgegebener Zeitraum ausgewählt ist, kann ein quasi kontinuierlicher Betrieb des Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems mit nahezu keiner Einschränkung der Betriebsbereitschaft erzielt werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung bildet ein kapazitiver Sensor, der zumindest an den Ausgangsanschluss der Signalspannungsquelle und an das Erfassungsstrom-Messmittel elektrisch angeschlossen ist, einen Teil des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems. Dadurch kann ein vollständiges Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem mit den oben erwähnten Vorteilen bereitgestellt werden.
-
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems ist die Steuer- und Auswerteeinheit dafür konfiguriert, ein Klassifizierungsausgangssignal zu erzeugen, das die ermittelte Sitzbelegungsklasse angibt. Das Klassifizierungsausgangssignal der Steuer- und Auswerteeinheit kann vorteilhaft zu einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs übertragen werden, um beispielsweise als Grundlage für eine Entscheidung für das Entfalten eines Airbagsystems in Richtung des Fahrzeugsitzes zu dienen.
-
Bei einigen Ausgestaltungen des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems kann der mindestens eine Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz durch eine Linie in einem zweidimensionalen Diagramm dargestellt werden, das durch einen Realteil und einen Imaginärteil der komplexen Impedanz aufgespannt ist. Auf diese Weise können flexible und anpassbare Bedingungen für die Unterscheidung zwischen Sitzbelegungsklassen geschaffen werden.
-
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb von einem der offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssysteme gelöst, wobei der kapazitive Sensor derart an die Impedanzmessschaltung elektrisch anschließbar ist, dass ein durch die zweite Antennenelektrode fließender Strom durch die Impedanzmessschaltung messbar ist.
-
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines periodischen elektrischen Messsignals an der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors,
- - Ermitteln eines komplexen Erfassungsstroms, der in der zweiten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird,
- - Vergleichen des ermittelten komplexen Erfassungsstroms mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert für den komplexen Erfassungsstrom,
- - abhängig von dem Ergebnis des Schritts des Vergleichens, Auswählen mindestens eines Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz,
- - Ermitteln eines komplexen Erfassungsstroms, der in der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird,
- - Ermitteln einer komplexen Impedanz aus dem bezogen auf das komplexe Bezugspotential gemessenen komplexen Erfassungsstrom in der ersten Antennenelektrode,
- - Vergleichen der ermittelten komplexen Impedanz mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz und
- - Ermitteln einer Sitzbelegungsklasse für die ermittelte komplexe Impedanz in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen der ermittelten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz.
-
Die Beziehung zwischen der ermittelten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz kann eine von „größer als“, „niedriger als“ oder „gleich“ sein. Die Beziehung kann auch einen konstanten Faktor wie beispielsweise „größer als 1,2 mal“ umfassen.
-
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb von einem der offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssysteme gelöst, wobei der kapazitive Sensor derart an die Impedanzmessschaltung elektrisch anschließbar ist, dass die zweite Antennenelektrode über das mindestens eine fernsteuerbare Schaltelement entweder an das Massepotential oder an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar ist.
-
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines periodischen elektrischen Messsignals an der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors,
- - elektrisches Anschließen der zweiten Antennenelektrode an das Massepotential,
- - Ermitteln eines ersten komplexen Erfassungsstroms, der in der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird,
- - Ermitteln einer ersten komplexen Impedanz aus dem bezogen auf das komplexe Bezugspotential gemessenen ermittelten ersten komplexen Erfassungsstrom in der ersten Antennenelektrode,
- - Wechseln des elektrischen Anschlusses der zweiten Antennenelektrode von dem Massepotential zu dem elektrischen Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses,
- - Ermitteln eines zweiten komplexen Erfassungsstroms, der in der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird,
- - Ermitteln einer zweiten komplexen Impedanz aus dem bezogen auf das komplexe Bezugspotential gemessenen ermittelten ersten komplexen Erfassungsstrom in der ersten Antennenelektrode,
- - Ermitteln einer Differenz der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz,
- - Vergleichen der ermittelten Differenz der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert für die Differenz der komplexen Impedanz,
- - abhängig von dem Ergebnis des Schritts des Vergleichens, Auswählen mindestens eines Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz,
- - Vergleichen der ermittelten ersten komplexen Impedanz mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz,
- - Ermitteln einer Sitzbelegungsklasse für die ermittelte erste komplexe Impedanz in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen der ermittelten ersten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz.
-
In Bezug auf die Beziehung zwischen der ermittelten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz gilt Obiges.
-
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb von einem der offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssysteme gelöst, wobei der kapazitive Sensor derart an die Impedanzmessschaltung elektrisch anschließbar ist, dass die zweite Antennenelektrode über das mindestens eine fernsteuerbare Schaltelement abwechselnd an das Massepotential und an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar ist.
-
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines periodischen elektrischen Messsignals an der ersten Antennenelektrode des kapazitiven Sensors,
- - abwechselndes Anschließen der zweiten Antennenelektrode an das Massepotential und an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses,
- - Ermitteln einer Differenz zwischen einer ersten komplexen Impedanz der ersten Antennenelektrode, wobei die zweite Antennenelektrode an das Massepotential elektrisch angeschlossen ist, und einer zweiten komplexen Impedanz der ersten Antennenelektrode, wobei die zweite Antennenelektrode an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch angeschlossen ist,
- - Vergleichen der ermittelten Differenz der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert für die Differenz der komplexen Impedanz,
- - abhängig von dem Ergebnis des Schritts des Vergleichens, Auswählen mindestens eines Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz,
- - Vergleichen der ermittelten ersten komplexen Impedanz mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz,
- - Ermitteln einer Sitzbelegungsklasse für die ermittelte erste komplexe Impedanz in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen der ermittelten ersten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz.
-
Bei einer Ausgestaltung können die Verfahrensschritte automatisch und periodisch durchgeführt werden.
-
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Softwaremodul zur Steuerung einer automatischen Ausführung von Schritten einer Ausgestaltung des hierin offenbarten Verfahrens vorgesehen.
-
Die durchzuführenden Verfahrensschritte sind in einen Programmcode des Softwaremoduls umgewandelt, wobei der Programmcode in einer digitalen Datenspeichereinheit des kapazitiven Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems implementierbar ist und durch eine Prozessoreinheit des kapazitiven Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems ausführbar ist. Die digitale Datenspeichereinheit und/oder die Prozessoreinheit können vorzugsweise eine digitale Datenspeichereinheit und/oder eine Prozessoreinheit der Auswerteeinheit des kapazitiven Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems sein. Die Prozessoreinheit kann alternativ oder zusätzlich dazu eine andere Prozessoreinheit sein, die speziell derart zugeordnet ist, dass sie zumindest einige der Verfahrensschritte ausführt.
-
Das Softwaremodul kann eine robuste und zuverlässige Ausführung des Verfahrens ermöglichen und eine schnelle Modifizierung von Verfahrensschritten gestatten.
-
In noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Sitz. insbesondere ein Fahrzeugsitz, mit einem eingebauten, wie hierin offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem vorgesehen. Der Sitz umfasst ein Sitzkissen mit mindestens einem Sitzschaumstoffelement und einen Sitzträger, der dafür konfiguriert ist, zumindest einen Abschnitt des Sitzkissens aufzunehmen. Der Sitzträger und das Sitzkissen sind zum Tragen eines Gesäßes eines Sitzbenutzers vorgesehen. Der Sitz umfasst ferner eine Rückenlehne, die zum Halten eines Rückenbereichs des Sitzbenutzers vorgesehen ist. Der kapazitive Sensor ist an mindestens einem von dem Sitzkissen und der Rückenlehne angeordnet.
-
Somit kann ein Sitz, insbesondere ein Fahrzeugsitz, mit einer robusten und zuverlässigen Sitzbelegungserkennung und -klassifizierung bereitgestellt werden.
-
Darüber hinaus kann der Sitz mit mindestens einem Paar von Verankerungen ausgerüstet werden, die für den mechanischen Eingriff mit entsprechenden Befestigungselementen eines KRS konfiguriert sind.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Sitzes ist mindestens eine von der ersten Antennenelektrode und der zweiten Antennenelektrode durch ein elektrisches Sitzheizelement ausgebildet, das im Sitz eingebaut ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der Vorteil einer robusten und zuverlässigen Sitzbelegungserkennung und -klassifizierung mit dem Vorteil der Geräteeinsparung kombiniert.
-
Figurenliste
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung von nicht einschränkenden Ausgestaltungen anhand der beigefügten Zeichnung hervor. Es zeigen:
- 1: schematisch einen Fahrzeugsitz mit einer ersten eingebauten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems;
- 2: schematisch Einzelheiten des Funktionsprinzips des erfindungsgemäßen Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems;
- 3: schematisch Einzelheiten der ersten eingebauten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems;
- 4: schematisch den Fahrzeugsitz mit einer zweiten eingebauten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems;
- 5A bis 5C: schematisch Einzelheiten des Betriebsprinzips des erfindungsgemäßen Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems; und
- 6: ein Ablaufdiagramm einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems gemäß 1.
-
Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen
-
1 zeigt schematisch einen als Fahrzeugsitz ausgebildeten Sitz 34, der ein erfindungsgemäßes kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem 10 umfasst. Der Fahrzeugsitz ist als ein Sitz eines Personenkraftwagens ausgelegt und umfasst eine Sitzstruktur (nicht dargestellt), durch welche er auf einem Fahrgastzellenboden des Personenkraftwagens montiert werden kann, wie es in der Technik weithin bekannt ist.
-
Der Sitz 34 umfasst ferner einen Sitzträger 36, der durch die Sitzstruktur getragen wird und dafür konfiguriert ist, ein Sitzkissen 38 aufzunehmen, um einem Sitzbenutzer Komfort zu bieten. Das Sitzkissen 38 des Fahrzeugsitzes umfasst ein Sitzschaumstoffelement und einen Stoffbezug, der in 1 weggelassen wurde. Der Sitzträger 36 und das Sitzkissen 38 sind dafür vorgesehen, das Gesäß des Sitzbenutzers zu tragen. Eine Rückenlehne 40 des Sitzes 34 ist dafür vorgesehen, den Rücken des Sitzbenutzers zu halten.
-
Das Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem 10 umfasst einen kapazitiven Sensor 16, eine kapazitive Erfassungsvorrichtung 12 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 26. Der kapazitive Sensor 16 ist auf der A-Fläche des Sitzkissens 38 unter dem Stoffbezug angeordnet. Die kapazitive Erfassungsvorrichtung 12 und die Steuer- und Auswerteeinheit 26 sind im Fahrzeug entfernt von dem Fahrzeugsitz eingebaut. Ein Ausgangsanschluss der Steuer- und Auswerteeinheit 26 ist an eine Airbag-Steuereinheit 60 angeschlossen. Die kapazitive Erfassungsvorrichtung 12 umfasst eine Impedanzmessschaltung 14 und eine Signalverarbeitungseinheit 22.
-
Die Impedanzmessschaltung 14 umfasst eine Signalspannungsquelle, die dafür konfiguriert ist, bezogen auf ein Massepotential 64 ein periodisches elektrisches Messsignal an einem Ausgangsanschluss bereitzustellen, und ein Erfassungsstrom-Messmittel, das dafür konfiguriert ist, komplexe Erfassungsströme bezogen auf eine Referenzspannung zu messen. Das Erfassungsstrom-Messmittel kann als ein Transimpedanzverstärker ausgebildet sein, der an eine Erfassungsantennenelektrode angeschlossen ist und einen in die Erfassungsantennenelektrode fließenden Strom in eine Spannung umwandelt, die proportional zu dem in die Erfassungsantennenelektrode fließenden Strom ist. Im Prinzip könnte ein beliebiges anderes Erfassungsstrom-Messmittel benutzt werden, das dem Fachmann geeignet erscheint.
-
Der kapazitive Sensor 16 umfasst eine erste elektrisch leitende Antennenelektrode 18 und eine zweite elektrisch leitende Antennenelektrode 20, die Seite an Seite an der A-Fläche des Sitzkissens galvanisch voneinander getrennt angeordnet sind (3). Die erste Antennenelektrode 18 und die zweite Antennenelektrode 20 sind kapazitiv gekoppelt, was durch einen Kondensator 30 angezeigt ist, der als an beide Antennenelektroden 18, 20 elektrisch angeschlossen dargestellt ist. Ein sich den Antennenelektroden 18, 20 näherndes Objekt ist durch einen unbekannten Kondensator 32 dargestellt, der an das Massepotential 64 angeschlossen ist, welches beispielsweise ein Massepotential eines Fahrzeugs sein kann. Wenn sich das Objekt den Antennenelektroden 18, 20 nähert, ändert der jeweilige unbekannte Kondensator 32 seine Kapazität und ändert sich ein zwischen der Antennenelektrode 18, 20 und Massepotential 64 fließender Erfassungsstrom.
-
Die erste Antennenelektrode 18 und die zweite Antennenelektrode 20 bestehen z. B. aus dünner Aluminiumfolie oder alternativ dazu aus einem mit Aluminium überzogenen Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET). Der kapazitive Sensor 16 ist derart an die Impedanzmessschaltung 14 elektrisch angeschlossen, dass die erste Antennenelektrode 18 an den Ausgangsanschluss elektrisch angeschlossen ist, um das elektrische Messsignal zu empfangen. Die zweite Antennenelektrode 20 ist über ein fernsteuerbares Schaltelement entweder an das Massepotential 64 oder an ein elektrisches Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar. Es wird bei dieser spezifischen Ausgestaltung angenommen, dass die zweite Antennenelektrode 20 derart an die Impedanzmessschaltung 14 angeschlossen ist, dass ein Strom durch die zweite Antennenelektrode 20 durch die Impedanzmessschaltung 14 messbar ist.
-
Beide Antennenelektroden 18, 20 bestehen bei dieser spezifischen Ausgestaltung aus dünner Aluminiumfolie. Bei einer alternativen Ausgestaltung besteht nur die erste Antennenelektrode 18 aus dünner Aluminiumfolie und ist die zweite Antennenelektrode 20 durch ein elektrisches Sitzheizelement ausgebildet, das im Fahrzeugsitz eingebaut ist, wie es in der Technik weithin bekannt ist. Das Betriebsprinzip des hierin offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10 gilt auch für eine solche alternative Ausgestaltung.
-
Die komplexen Erfassungsströme, die durch das Strommessmittel zu erfassen sind, werden in der ersten elektrisch leitenden Antennenelektrode 18 des kapazitiven Sensors 16 durch das bereitgestellte periodische Messsignal erzeugt; d. h., dass der normale Betriebsmodus des kapazitiven Sensors 16 der Lademodus ist.
-
Die Signalverarbeitungsarbeit 22 ist dafür konfiguriert, komplexe Impedanzen aus gemessenen Strömen durch die erste Antennenelektrode 18 bezogen auf das komplexe Bezugspotential zu ermitteln, das durch das elektrische Messsignal angegeben ist. Die Signalverarbeitungseinheit 22 ist darüber hinaus dafür konfiguriert, Ausgangssignale 24 bereitzustellen, die für die ermittelten komplexen Impedanzen repräsentativ sind.
-
Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ist dafür konfiguriert, die durch die Signalverarbeitungseinheit 22 bereitgestellten Ausgangssignale 24 zu empfangen.
-
Mit der zweiten Antennenelektrode 20 in an die Impedanzmessschaltung 14 angeschlossenem Zustand ist die Signalverarbeitungseinheit 22 ferner dafür konfiguriert, eine komplexe Impedanz aus einem bezogen auf das komplexe Bezugspotential ermittelten gemessenen komplexen Strom durch die zweite Antennenelektrode 20 zu ermitteln.
-
2 veranschaulicht schematisch Einzelheiten des Funktionsprinzips des Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10. Die Diagramme zeigen den Realteil (ausgedrückt als Konduktanz G) und den Imaginärteil (ausgedrückt als Kapazität C) ermittelter komplexer Impedanzen. Eine erste Zone 42 im linken Diagramm repräsentiert komplexe Impedanzen, die zu erwarten sind, wenn der Sitzbenutzer ein nicht mit Masse verbundener Mensch ist. Eine zweite Zone 44 repräsentiert komplexe Impedanzen, die zu erwarten sind, wenn der Sitzbenutzer ein mit Masse verbundenes KRS 62 ist. Eine erste Strichpunktlinie 52 in dem zweidimensionalen Diagramm repräsentiert vorgegebene Schwellwerte für den komplexen Strom (ausgedrückt als komplexe Impedanzen) zur Unterscheidung zwischen der ersten 42 und zweiten Zone 44.
-
In Abhängigkeit von einer Position des Ergebnisses der komplexen Impedanz aus dem gemessenen komplexen Strom durch die zweite Antennenelektrode 20 in Bezug auf die erste Strichpunktlinie 52 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 26 dafür konfiguriert, mindestens einen Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz auszuwählen, wie es beispielhaft in den zwei rechten Diagrammen von 2 dargestellt ist.
-
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betrieb des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10 gemäß 1 beschrieben. In 6 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens bereitgestellt. Es versteht sich, dass bei der Vorbereitung der Verwendung des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10 alle beteiligten Einheiten und Vorrichtungen sich in einem Betriebszustand befinden und wie in 1 dargestellt konfiguriert sind.
-
Um das Verfahren durchführen zu können, umfasst die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ein Softwaremodul 58. Die durchzuführenden Verfahrensschritte sind in einen Programmcode des Softwaremoduls 58 umgewandelt. Der Programmcode ist in einer digitalen Datenspeichereinheit 66 der Steuer- und Auswerteeinheit 26 implementiert und durch eine Prozessoreinheit 68 der Steuer- und Auswerteeinheit 26 ausführbar. Das Softwaremodul 58 kann alternativ dazu in einer Steuereinheit des Fahrzeugs (beispielsweise der Airbag-Steuereinheit 60) untergebracht sein und von dieser ausführbar sein, und es würden eingerichtete Datenkommunikationsmittel zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit 26 und der Airbag-Steuereinheit 60 des Fahrzeugs benutzt, um einen gegenseitigen Datentransfer zu ermöglichen.
-
In einem ersten Schritt 70 des Verfahrens wird der ersten Antennenelektrode 18 des kapazitiven Sensors 16 ein periodisches elektrisches Messsignal bereitgestellt. Dann wird in einem weiteren Schritt 72 durch das Erfassungsstrom-Messmittel ein komplexer Erfassungsstrom ermittelt, der in der zweiten Antennenelektrode 20 des kapazitiven Sensors 16 als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode 18 des kapazitiven Sensors 16 bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird. Der Ermittlung des komplexen Erfassungsstroms bezogen auf das komplexe Bezugspotential folgt ein Schritt 74 zur Ermittlung einer entsprechenden komplexen Impedanz durch die Signalverarbeitungseinheit 22. Im nächsten Schritt 76 wird die ermittelte komplexe Impedanz mit den vorgegebenen Schwellwerten für die komplexe Impedanz verglichen, die durch die erste Strichpunktlinie 52 in dem linken Diagramm von 2 repräsentiert sind.
-
In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Schritts 76 des Vergleichens werden in einem weiteren Schritt 78 Schwellwerte aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz ausgewählt. Wenn die ermittelte komplexe Impedanz über der ersten Strichpunktlinie 52 in 2 liegt, werden Schwellwerte, die durch eine als „niedrige Last“ bezeichnete zweite Strichpunktlinie 54 repräsentiert sind, durch die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ausgewählt. Dies ist im oberen Teil der rechten Seite von 2 dargestellt.
-
Wenn die ermittelte komplexe Impedanz unter der ersten Strichpunktlinie 52 in 2 liegt, werden Klassifizierungsschwellwerte, die durch eine als „hohe Last“ bezeichnete dritte Strichpunktlinie 56 repräsentiert sind, durch die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ausgewählt. Dies ist im unteren Teil der rechten Seite von 2 dargestellt.
-
In einem weiteren Schritt 80 ermittelt die Signalverarbeitungseinheit 22 einen komplexen Erfassungsstrom, der in der ersten Antennenelektrode 18 des kapazitiven Sensors 16 als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode 18 des kapazitiven Sensors 16 bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird. Im folgenden Schritt 82 wird eine komplexe Impedanz aus dem komplexen Erfassungsstrom bezogen auf das komplexe Bezugspotential ermittelt.
-
Im nächsten Schritt 84 vergleicht die Steuer- und Auswerteeinheit 26 dann die durch die Signalverarbeitungseinheit 22 empfangene komplexe Impedanz mit den ausgewählten vorgegebenen Klassifizierungsschwellwerten. Der Beweisführung halber wird angenommen, das die als „niedrige Last“ bezeichnete zweite Strichpunktlinie 54 durch die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ausgewählt wurde. Das Diagramm im oberen Teil der rechten Seite von 2 umfasst außer der ersten Zone 42 und auch über der zweiten Strichpunktlinie 54 angeordnet eine dritte Zone 46, die komplexe Impedanzen repräsentiert, die zu erwarten sind, wenn der Sitzbenutzer ein mit Masse verbundener Mensch ist. Unterhalb der zweiten Strichpunktlinie 54 angeordnet umfasst das Diagramm eine vierte Zone 48, die komplexe Impedanzen repräsentiert, die zu erwarten sind, wenn der Sitzbenutzer ein nicht mit Masse verbundenes KRS 62 ist.
-
Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ermittelt in einem nächsten Schritt 86 eine Sitzbelegungsklasse basierend auf dem Ergebnis des vorangehenden Schritts 84 des Vergleichens und in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen der ermittelten komplexen Impedanz und den ausgewählten vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz. Wenn die aus dem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode 18 hergeleitete komplexe Impedanz beispielsweise innerhalb der dritten Zone 46 liegt, wird die Sitzbelegungsklasse „mit Masse verbundener Mensch“ ausgewählt.
-
In einem weiteren Schritt 88 erzeugt die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ein Klassifizierungsausgangssignal 28, das die ermittelte Sitzbelegungsklasse angibt. Das Klassifizierungsausgangssignal 28 wird zur Airbag-Steuereinheit 60 übertragen, um als Grundlage für eine Entscheidung für das Entfalten eines Airbagsystems in Richtung des Fahrzeugsitzes zu dienen.
-
Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ist dafür konfiguriert, die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte 70-88 automatisch und periodisch durchzuführen.
-
Das Diagramm im unteren Teil der rechten Seite von 2 umfasst die dritte Zone 46, die über einer dritten Strichpunktlinie 56 angeordnet ist, und die vierte Zone 48, die unter der dritten Strichpunktlinie 56 angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst das Diagramm unterhalb der dritten Strichpunktlinie 56 angeordnet die zweite Zone 44, die komplexe Impedanzen repräsentiert, die zu erwarten sind, wenn der Sitzbenutzer ein mit Masse verbundenes KRS 62 ist.
-
4 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10', das im Sitz 34 eingebaut ist. Die erste Antennenelektrode 18 ist bei dieser Ausgestaltung durch ein elektrisches Sitzheizelement ausgebildet, das im Sitzkissen 38 des Fahrzeugsitzes eingebaut ist. Die zweite Antennenelektrode 20 ist durch ein elektrisches Sitzheizelement ausgebildet, das in der Rückenlehne 40 des Fahrzeugsitzes eingebaut ist. Das Verfahren zum Betrieb des hierin offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10 gilt auch für diese alternative Ausgestaltung des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10'.
-
Ohne eine detaillierte Beschreibung anzuführen, ist ferner vorgesehen, dass man die zweite Antennenelektrode 20 mit geeigneten elektrischen Anschlüssen an die Signalspannungsquelle und an das Erfassungsstrom-Messmittel in mindestens einem Betriebsmodus des Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems 10, 10' als zusätzliche Erfassungsantennenelektrode in derselben Weise wie die erste Antennenelektrode 18 benutzen kann, um eine Leistungsfähigkeit der Unterscheidung in Bezug auf die Sitzbelegung zu verbessern.
-
Obwohl die Erfindung ausführlich in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, sind diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend bzw. beispielhaft und nicht als einschränkend aufzufassen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausgestaltungen beschränkt.
-
Andere Variationen der offenbarten Ausgestaltungen können bei der praktischen Anwendung der beanspruchten Erfindung, anhand einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche vom Fachmann verstanden und durchgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ nicht andere Merkmale oder Schritte aus und schließt der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ nicht eine Vielzahl aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt werden, deutet nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft angewendet werden kann. Jedwede Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht so aufzufassen, dass sie den Schutzbereich einschränken.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem
- 12
- kapazitive Erfassungsvorrichtung
- 14
- Impedanzmessschaltung
- 16
- kapazitiver Sensor
- 18
- erste Antennenelektrode
- 20
- zweite Antennenelektrode
- 22
- Signalverarbeitungseinheit
- 24
- Ausgangssignal
- 26
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 28
- Klassifizierungsausgangssignal
- 30
- Kondensator
- 32
- unbekannter Kondensator
- 34
- Sitz
- 36
- Sitzträger
- 38
- Sitzkissen
- 40
- Rückenlehne
- 42
- 1. Zone
- 44
- 2. Zone
- 46
- 3. Zone
- 48
- 4. Zone
- 52
- 1. Linie
- 54
- 2. Linie
- 56
- 3. Linie
- 58
- Softwaremodul
- 60
- Airbag-Steuereinheit
- 62
- KRS
- 64
- Massepotential
- 66
- digitale Datenspeichereinheit
- 68
- Prozessoreinheit Schritte
- 70
- elektrisches Messsignal bereitstellen Erfassungsstrom ermitteln
- 72
- komplexe Impedanz ermitteln
- 74
- komplexe Impedanz mit
- 76
- Schwellwerten vergleichen Schwellwerte auswählen
- 78
- Erfassungsstrom ermitteln
- 80
- komplexe Impedanz ermitteln
- 82
- komplexe Impedanz mit
- 84
- ausgewählten Schwellwerten vergleichen
- 86
- Sitzbelegungsklasse ermitteln
- 88
- Klassifizierungsausgangssignal erzeugen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 6161070 [0007]
- US 6392542 [0008]
- WO 92/17344 A1 [0009]
- WO 95/13204 A1 [0010]
- US 7521940 B2 [0010]
- US 2009/0295199 A1 [0010]
- US 6703845 [0010]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- J. R. Smith et al. erklärt, die in IEEE Computer Graphics and Applications, 18 (3): 54-60, 1998 [0004]
