DE112017002136T5

DE112017002136T5 - Fahrzeugsitzsensorsysteme zur Verwendung mit Sitzbelegungserkennungssystemen

Info

Publication number: DE112017002136T5
Application number: DE112017002136.7T
Authority: DE
Inventors: Keith A. McMillen; Kyle Lobedan; William Walls
Original assignee: BeBop Sensors Inc
Current assignee: BeBop Sensors Inc
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-12-27
Also published as: JP2019514773A; WO2017184367A1; US20170305301A1

Abstract

Es werden Fahrzeugsitzsensorsysteme zur Verwendung mit Sitzbelegungserkennungssystemen (OCS) beschrieben.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGSDATEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der US-Patentanmeldung Nr. 15/479,103 „Vehicle Seat Sensor Systems for Use With Occupant Classification Systems“, eingereicht am 4. April 2017 (Aktenz. des Anwalts BBOPP010) und der einstweiligen US-Patentanmeldung Nr. 62/326,565 „Vehicle Seat Sensor Systems for Use With Occupant Classification Systems“, eingereicht am 22. April 2016 (Aktenz. des Anwalts BBOPPO 10P), deren gesamte Offenbarungen hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Sitzbelegungserkennungen (ODS) bestimmen, ob ein Airbag in einem Fahrzeug zu aktivieren oder zu deaktivieren ist. Das Konzept eines Sitzbelegungserkennungssystems (OCS) hat sich in den letzten Jahren entwickelt. Ein OCS ist in einem Dynamischen Airbag-Unterdrückungssystem (Dynamic Airbag Suppression System; DASS) integriert. Der Zweck eines OCS ist es, genug Informationen zu erfassen, um in der Lage zu sein, zum Zweck des Steuerns der Einsatzkraft eines mehrstufigen Airbags zu bestimmen, wer oder was sich in einem Fahrzeugsitz befindet. Gegenwärtig ist in den meisten Fahrzeugen nur ein ODS mit beispielsweise einem einfachen Druckschalter implementiert, der durch einen flüssigkeitsgefüllten Balg im Sitz aktiviert wird. Dieser elementare Mechanismus zeigt zum Zweck des Aktivierens des Beifahrer-Airbags an, ob sich ein Objekt im Sitz befindet, das mehr als 65 Pfund wiegt. Diese Herangehensweise stellt jedoch keine Informationen darüber bereit, ob das Objekt ein Mensch ist, ganz abgesehen von der Größe oder Sitzposition dieses Menschen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer ersten Klasse von Implementierungen umfasst ein Sensorsystem ein Array von in einer flexiblen Baugruppe angeordneten Sensoren. Die flexible Baugruppe ist zur Integration in einen Sitz konfiguriert. Jeder Sensor umfasst ein piezoresistives Element und eine Sensorleiterbahnstruktur einschließlich zweier eng beabstandeter leitfähiger Sensorleiterbahnen. Jeder Sensor ist zudem mit einem Paar von leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden, die konfiguriert sind, ein Ansteuersignal zu empfangen und ein Sensorsignal zu senden. Jedes Sensorsignal stellt eine auf den entsprechenden Sensor ausgeübte Kraft dar. Die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays sind auf einem flexiblen Substrat gebildet. Die piezoresistiven Elemente für die Sensoren des Arrays sind an dem flexiblen Substrat in Kontakt mit den entsprechenden Sensorleiterbahnstrukturen befestigt. Es sind Sensorschaltungen mit den leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden und konfiguriert, die Sensoren des Arrays mit den Ansteuersignalen selektiv einzuschalten und die Sensorsignale zu empfangen.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem mehrere auf dem flexiblen Substrat gebildete Temperatursensorelemente. Jedes der Temperatursensorelemente ist konfiguriert, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur der flexiblen Baugruppe in einer Umgebung des Temperatursensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, die Temperatursignale zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten zu modifizieren, die den Temperatursignalen entsprechen.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem ein oder mehrere Luftdrucksensorelemente. Jedes der Luftdrucksensorelemente ist konfiguriert, ein Drucksignal zu erzeugen, das einen Luftdruck in einer Umgebung des Luftdrucksensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, jedes Drucksignal zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten zu modifizieren, die jedem Drucksignal entsprechen.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst die flexible Baugruppe zwei Abschnitte. Ein erster Abschnitt der Baugruppe ist zur Ausrichtung mit einer Oberseite eines Sitzpolsters des Sitzes konfiguriert und ein zweiter Abschnitt der Baugruppe ist zur Ausrichtung mit einer Vorderseite des Sitzpolsters des Sitzes konfiguriert.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen ist das Sensorsystem zur Integration in eines oder mehrere von einem Sitzpolster des Sitzes, einem Rückenpolster des Sitzes und/oder einer Kopfstütze des Sitzes konfiguriert.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem ein zusätzliches Array von Sensoren, die in einer zusätzlichen flexiblen Baugruppe angeordnet sind, wobei die zusätzliche flexible Baugruppe zur Integration in einen Boden angrenzend an den Sitz konfiguriert ist.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen sind die piezoresistiven Elemente an dem flexiblen Substrat mit einem Material befestigt, das einen luftdichten Verschluss mit dem flexiblen Substrat um jeden Sensor herum bildet.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen weist die flexible Baugruppe mehrere Ausschnittöffnungen zwischen Untergruppen der Sensoren des Arrays auf, sodass jede Untergruppe der Sensoren des Arrays relativ zu anderen Untergruppen der Sensoren des Arrays einen Grad an unabhängiger Bewegung aufweist.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfassen die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays eine oder mehrere auf das flexible Substrat mittels Siebdruck gedruckte leitfähige Tinten.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen ist das Sensorsystem die Sensorschaltungen konfiguriert, die Sensorsignale zu verarbeiten, um Kraftdaten zu erzeugen, die eine Verteilung von Kraftstärken über einen oder mehrere Bereiche des Sitzes darstellen. Gemäß einer spezifischeren Implementierung stellen die Kraftdaten die Verteilung der Kraftstärken über die Zeit dar. Gemäß einer weiteren spezifischen Implementierung sind die Sensorschaltungen konfiguriert, die Kraftdaten an ein Sitzbelegungserkennungssystem eines Fahrzeugs zu senden, in dem der Sitz beinhaltet ist.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen sind die Sensorschaltungen konfiguriert, die Sensorsignale zu verarbeiten, um eine Art von Objekt oder eine Art von Insasse in dem Sitz zu identifizieren.
Gemäß einer zweiten Klasse von Implementierungen umfasst ein Fahrzeugsitz ein Gehäuse, ein oder mehrere Polster, einen Sitzbezug, der die Polster am Gehäuse befestigt, und ein Sensorsystem. Das Sensorsystem umfasst ein Array von in einer flexiblen Baugruppe angeordneten Sensoren. Die flexible Baugruppe befindet sich angrenzend an das eine oder die mehreren Polster innerhalb des Sitzbezuges. Jeder Sensor umfasst ein piezoresistives Element und eine Sensorleiterbahnstruktur einschließlich zweier eng beabstandeter leitfähiger Sensorleiterbahnen. Jeder Sensor ist zudem mit einem Paar von leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden, die konfiguriert sind, ein Ansteuersignal zu empfangen und ein Sensorsignal zu senden. Jedes Sensorsignal stellt eine auf den entsprechenden Sensor ausgeübte Kraft dar. Die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays sind auf einem flexiblen Substrat gebildet. Die piezoresistiven Elemente für die Sensoren des Arrays sind an dem flexiblen Substrat in Kontakt mit den entsprechenden Sensorleiterbahnstrukturen befestigt. Es sind Sensorschaltungen mit den leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden und konfiguriert, die Sensoren des Arrays mit den Ansteuersignalen selektiv einzuschalten und die Sensorsignale zu empfangen. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, Kraftdaten unter Verwendung der Sensorsignale zu erzeugen. Die Kraftdaten stellen eine Verteilung von Kraftstärken über einen oder mehrere Bereiche des Fahrzeugsitzes dar. Eine Schnittstelle ist konfiguriert, Kommunikationen basierend auf den Kraftdaten an ein Kraftfahrzeugsystem eines Fahrzeugs zu senden, in dem der Fahrzeugsitz eingebaut ist.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem mehrere auf dem flexiblen Substrat gebildete Temperaturerfassungselemente. Jedes der Temperatursensorelemente ist konfiguriert, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur der flexiblen Baugruppe in einer Umgebung des Temperatursensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, die Temperatursignale zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten, die den Temperatursignalen entsprechen, zu modifizieren.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem ein oder mehrere Luftdrucksensorelemente. Jedes der Luftdrucksensorelemente ist konfiguriert, ein Drucksignal zu erzeugen, das einen Luftdruck in einer Umgebung des Luftdrucksensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, jedes Drucksignal zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten, die jedem Drucksignal entsprechen, zu modifizieren.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfasst die flexible Baugruppe zwei Abschnitte. Ein erster Abschnitt der Baugruppe ist mit einer Oberseite eines Sitzpolsters des Sitzes ausgerichtet. Ein zweiter Abschnitt der Baugruppe ist mit einer Vorderseite des Sitzpolsters des Sitzes ausgerichtet.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen ist das Sensorsystem mit einem oder mehrere von einem Sitzpolster des Sitzes, einem Rückenpolster des Sitzes und/oder einer Kopfstütze des Sitzes ausgerichtet.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen sind die piezoresistiven Elemente an dem flexiblen Substrat mit einem Material befestigt, das einen luftdichten Verschluss mit dem flexiblen Substrat um jeden Sensor herum bildet.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen, dem Sensorsystem, weist die flexible Baugruppe mehrere Ausschnittöffnungen zwischen Untergruppen der Sensoren des Arrays auf, sodass jede Untergruppe der Sensoren des Arrays einen Grad an unabhängiger Bewegung relativ zu anderen Untergruppen der Sensoren des Arrays aufweist.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfassen die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays eine oder mehrere auf dem flexiblen Substrat mittels Siebdruck gedruckte leitfähige Tinten.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen ist das Kraftfahrzeugsystem ein Sitzbelegungserkennungssystem und die Sensorschaltungen sind konfiguriert, die Kraftdaten an das Sitzbelegungserkennungssystem über die Schnittstelle zu senden.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen sind die Sensorschaltungen konfiguriert, die Kraftdaten zu verarbeiten, um eine Art von Objekt oder eine Art von Insasse im Sitz zu identifizieren.
Ein weiteres Verständnis der Art und Vorteile von verschiedenen Implementierungen kann unter Bezugnahme auf die verbleibenden Abschnitte der Beschreibung und die Zeichnungen realisiert werden.
Figurenliste

1 ist eine auseinandergezogene Darstellung einer bestimmten Implementierung eines Sitzsensorsystems.
2 zeigt ein Beispiel dessen, wie ein Sitzsensorsystem in einen Fahrzeugsitz integriert sein kann.
3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm von Sensorschaltungen zur Verwendung mit bestimmten Implementierungen.
4 veranschaulicht eine Variation der Sensorantwort mit der Temperatur.
5 veranschaulicht den Gebrauch von Temperatursensoren mit einer bestimmten Implementierung eines Sitzsensorsystems.
6 veranschaulicht den Gebrauch von Ausschnitten mit einer bestimmten Implementierung eines Sitzsensorsystems.
7 veranschaulicht verschiedene Materialschichten für bestimmte Implementierungen eines Sitzsensorsystems.
Die 8A bis 8E stellen visuelle Veranschaulichungen von Kräften bereit, die durch Sitzsensorkraftdaten dargestellt sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt und ermöglicht Sitzsensorsysteme, die mit Sitzbelegungserkennungssystemen (OCS) verwendet werden können und fähig sind, erheblich mehr Details als vorhergehende Sensoren darüber bereitzustellen, was sich in einem Fahrzeugsitz befindet. Es sind hierin verschiedene spezifische Implementierungen beschrieben einschließlich der denkbar besten Ausführungsformen. Beispiele dieser Implementierungen sind in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht. Der Umfang dieser Offenbarung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Implementierungen begrenzt. Vielmehr soll diese Offenbarung Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen dieser Implementierungen abdecken. In der folgenden Beschreibung werden spezifische Details angeführt, um ein gründliches Verständnis der beschriebenen Implementierungen bereitzustellen. Einige Implementierungen können ohne einige oder alle dieser spezifischen Details praktiziert werden. Außerdem können wohl bekannte Merkmale nicht im Detail beschrieben sein, um die Übersichtlichkeit zu fördern.
Piezoresistive Materialien umfassen jegliche von einer Klasse von Materialien, die als Reaktion auf mechanische Kraft (z. B. Druck, Stoß, Verzerrung usw.), die auf das Material ausgeübt wird, eine Änderung im elektrischen Widerstand aufweisen. Eine Klasse von hierin beschriebenen Sensoren umfasst leitfähige Leiterbahnen, die direkt auf einem flexiblen Dielektrikumsubstrat mit piezoresistivem Material gebildet sind oder anderweitig darin integriert sind, das an das Dielektrikumsubstrat angrenzt und/oder dicht darin integriert ist und in Kontakt mit Abschnitten der Leiterbahnen steht. Eine weitere Klasse von hierin beschriebenen Sensoren umfasst leitfähige Leiterbahnen, die direkt auf einem flexiblen Substrat aus piezoresistivem Material gebildet oder anderweitig darin integriert sind, wie z. B. ein piezoresistives Gewebe oder ein anderes flexibles Material. Wenn Kraft auf solch einen Sensor ausgeübt wird, ändert sich der Widerstand zwischen Leiterbahnen, die durch das piezoresistive Material verbunden sind, in einer zeitvariablen Weise, die für die ausgeübte Kraft repräsentativ ist.
Ein Signal, das die Stärke der angewandten Kraft darstellt, wird basierend auf der Widerstandsänderung erzeugt. Dieses Signal wird über die leitfähigen Leiterbahnen erfasst (z. B. als eine Spannung oder ein Strom), digitalisiert (z. B. über einen Analog-Digital-Wandler), verarbeitet (z. B. durch einen zugehörigen Prozessor, eine Steuerung oder geeignete Schaltungen) und (z. B. durch den zugehörigen Prozessor, die Steuerung oder die Schaltungen oder ein separates Steuersystem) zu einer Steuerfunktion zugeordnet, die in Verbindung mit der Steuerung und/oder der Operation von praktisch jeder Art von Prozess, Vorrichtung oder System verwendet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Ausgangssignale von solchen Sensoren auch in einigen Fällen verwendet werden können, um eine Vielzahl von Verwerfungen und/oder Verformungen des bzw. der Substrate zu detektieren, auf denen sie gebildet oder in die sie integriert sind, wie z. B. Biegungen, Streckungen, Verwindungen, Verdrehungen usw. Außerdem können Arrays von Sensoren mit verschiedenen Konfigurationen für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden.
Das Drucken, Sieben, Abscheiden, thermische Übertragen oder anderweitige Bilden leitfähiger Leiterbahnen auf flexiblen Substraten, ermöglicht die Herstellung eines Sensors oder Sensorarrays, das zu jeder willkürlichen Form oder jedem Volumen passt, wie z. B. die Konturen eines Fahrzeugsitzes wie hierin beschrieben. Das piezoresistive Material, mit dem die Leiterbahnen in Kontakt sind oder auf dem die Leiterbahnen gebildet sind, kann irgendeines aus einer Vielzahl von Geweben und Vliesen mit piezoresistiven Eigenschaften sein. Es sind auch Implementierungen denkbar, bei denen das piezoresistive Material irgendeines aus einer Vielzahl von flexiblen, dehnbaren oder anderweitig verformbaren Materialien (z. B. Kautschuk oder ein dehnbares Gewebe wie Elastan oder offenmaschige Gewebe) mit piezoresistiven Eigenschaften sein kann. Die leitfähigen Leiterbahnen können auf dem flexiblen Dielektrikumsubstrat oder dem piezoresistiven Material unter Verwendung irgendwelcher aus einer Vielzahl von leitfähigen Tinten oder Farben gebildet sein. Es sind genereller Implementierungen denkbar, in denen die leitfähigen Leiterbahnen unter Verwendung irgendeines leitenden Materials gebildet sind, das auf einem flexiblen Substrat gebildet werden kann. Es sollte unter Bezugnahme auf das Vorhergehende selbstverständlich sein, dass, während spezifische Implementierungen unter Bezugnahme auf spezifische Materialien und Techniken beschrieben sind, der Umfang dieser Offenbarung nicht derart beschränkt ist.
Es sind sowohl einseitige als auch zweiseitige Implementierungen denkbar, wie z. B., dass leitfähige Leiterbahnen auf einer oder beiden Seiten eines flexiblen Substrats gedruckt oder gebildet sein können. Es versteht sich, dass beidseitige Implementierungen einen Mechanismus zum Verbinden von leitfähigen Leiterbahnen auf einer Seite des Substrats mit denjenigen auf der anderen Seite erfordern können. Einige Implementierungen verwenden Durchkontaktierungen, bei denen leitfähige Tinte oder Farbe durch die Durchkontaktierungen fließen gelassen wird, um die Verbindungen herzustellen. Alternativ können leitfähige Durchkontaktierungen oder Nieten Verbindungen durch das flexible Substrat herstellen. Sowohl ein- als auch beidseitige Implementierungen können auch isolierende Dielektrika verwenden die über oder unter leitfähigen Leiterbahnen gebildet sind. Dies ermöglicht das Stapeln oder Schichten von leitfähigen Leiterbahnen und Signalleitungen, um z. B. das Routing von Signalleitungen zu isolierten Strukturen auf eine Weise zu ermöglichen, die den unterschiedlichen Schichten einer Leiterplatte ähnlich ist.
Das Routing von Signalen auf das und von dem flexiblen Substrat kann auf vielerlei Arten erreicht werden. Beispielsweise könnten einige Implementierungen elastomere Anschlüsse verwenden (z. B. ZEBRA®-Anschlüsse), die leitfähigen und nicht leitfähigen Gummi mit einer Dichte von typischerweise einer Größenordnung größer als die Breite der leitfähigen Leiterbahnen, mit denen sie (z. B. an der Kante des Substrats) verbinden, abwechseln. Alternativ kann eine Leiterplatte (möglicherweise hergestellt aus einem flexiblen Material wie Kapton) oder ein Bündel von Leitern an das Substrat genietet oder anderweitig daran befestigt werden. Der Gebrauch von Nieten kann auch eine mechanische Verstärkung an die Verbindung bereitstellen.
Gemäß einigen Implementierungen können übereinstimmende leitfähige Leiterbahnen oder Pads auf dem flexiblen Substrat und einer Leiterplatte aneinander unter Verwendung von beispielsweise einer Schicht aus Leitklebstoff (z. B. ein leitfähiges Epoxid wie Masterbond EP79 von Masterbond, Inc., Hackensack, New Jersey) befestigt werden, der auf eine oder beide von den Flächen aufgebracht wird, die dann miteinander verbunden werden. Die leitfähigen Leiterbahnen oder Pads können auch mit zusätzlichen mechanischen Elementen, wie akustischen Schweißnähten oder Nieten, zusammengehalten werden. Wenn leitfähige Nieten verwendet werden, um die elektrischen Verbindungen mit den leitfähigen Leiterbahnen des flexiblen Substrats herzustellen, mag der Leitklebstoff nicht erforderlich sein. Leitfähige Fäden können auch verwendet werden, um die leitfähigen Leiterbahnen des flexiblen Substrats mit einer äußeren Baugruppe zu verbinden. Der breite Bereich an Variationen im Umfang dieser Offenbarung werden einem Fachmann offensichtlich sein.
Gemäß einer bestimmten Klasse von Implementierungen ist das piezoresistive Material ein druckempfindliches Gewebe hergestellt von Eeonyx, Inc., Pinole, Kalifornien. Das Gewebe umfasst leitfähige Partikel, die polymerisiert sind, um sie in dem Gewebe suspendiert zu halten. Das Basismaterial ist ein Polyesterfilz, der zur Einheitlichkeit in der Dichte und Dicke ausgewählt ist, da dies eine größere Einheitlichkeit in der Leitfähigkeit des fertiggestellten piezoresistiven Gewebes fördert. Die mechanische Einheitlichkeit des Basismaterials resultiert in einer gleichmäßigeren Verteilung von leitfähigen Partikeln, wenn ein Schlamm, der die leitfähigen Partikel enthält, eingeführt wird. Das Gewebe kann gewebt sein. Alternativ kann das Gewebe Vlies sein, wie z. B. ein kalandriertes Gewebe, z. B. Fasern, die durch chemische, mechanische, Wärme- oder Lösungsmittelbehandlung verbunden sind. Für Implementierungen, bei denen leitfähige Leiterbahnen auf dem piezoresistiven Gewebe gebildet sind, kann kalandriertes Material eine glatte Außenfläche präsentieren, die eine genauere Siebung von leitfähigen Tinten fördert.
Die leitfähigen Partikel in dem Gewebe können irgendwelche von einer großen Vielfalt von Materialien sein, die beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Kohlenstoff usw. umfassen. Einige Implementierungen können Kohlenstoffgraphene einsetzen, die zum Greifen des Gewebes geformt sind. Solche Materialien können unter Verwendung von Techniken hergestellt sein, die in dem US-Patent Nr. 7.468.332 „Electroconductive Woven and Non-Woven Fabric“, veröffentlicht am 23. Dezember 2008, beschrieben sind, dessen gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen wird. Es sollte jedoch erneut festgestellt werden, dass irgendwelche von einer großen Vielfalt von Materialien, die eine Widerstandsänderung oder Leitfähigkeit aufweisen, wenn Kraft auf das Material ausgeübt wird, für die Implementierung von Sensoren wie hierin beschrieben geeignet sein kann.
Gemäß einer bestimmten Klasse von Implementierungen werden leitfähige Leiterbahnen mit variierenden Leitfähigkeitsniveaus auf einem flexiblen Dielektrikumsubstrat oder einem flexiblen piezoresistiven Material unter Verwendung leitfähiger Druckfarben auf Siliconbasis gebildet, die von beispielsweise E.I du Pont de Nemours and Company (DuPont), Wilmington, Delaware und/oder Creative Materials of Ayer, Massachusetts hergestellt werden. Ein Beispiel einer leitfähigen Tinte, die zum Implementieren von hochleitfähigen Leiterbahnen zur Verwendung mit verschiedenen Implementierungen geeignet ist, ist die Produktnummer 125-19 von Creative Materials einer flexiblen elektrisch leitfähigen Hochtemperaturdruckfarbe. Beispiele von leitfähigen Tinten zum Implementieren von Leiterbahnen mit geringerer Leitfähigkeit zur Verwendung mit verschiedenen Implementierungen sind die Produktnummern 7102 und 7105 von DuPont, die beide durch Kohlenstoff leitfähige Zusammensetzungen sind. Beispiele von Dielektrika, die zum Implementieren von Isolatoren zur Verwendung mit verschiedenen Implementierungen geeignet sind, sind die Produktnummern 5018 und 5036 von DuPont, die entsprechend ein UV-härtbares Dielektrikum und ein Vergussmaterial sind. Diese Druckfarben sind flexibel und langlebig. Der Grad an Leitfähigkeit für unterschiedliche Leiterbahnen und Anwendungen kann durch die Menge oder Konzentration von leitfähigen Partikeln (z. B. Silber, Kupfer, Aluminium, Kohlenstoff usw.), die in dem Silikon suspendiert sind, gesteuert werden. Diese Druckfarben können mittels Siebdruck gedruckt oder von einem Tintenstrahldrucker gedruckt werden. Gemäß einigen Implementierungen ist das Substrat, auf das die Druckfarben gedruckt sind, nicht dehnbar, was den Gebrauch von preiswerteren Druckfarben, die in der Flexibilität niedrig sind, ermöglicht. Eine weitere Klasse von Implementierungen verwendet Leitlacke (z. B. Kohlenstoffpartikel, die mit Farbe gemischt sind), wie diejenigen, die allgemein für elektromagnetische Abschirmung und den Überspannungsschutz verwendet werden.
Zusätzliche Beispiele von Sensoren, Arrays von Sensoren und damit verbundenen Techniken, die mit verschiedenen durch die vorliegende Offenbarung ermöglichten Implementierungen verwendet werden können, werden in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2015/0331522 mit dem Titel Piezoresistive Sensors and Applications, eingereicht am 9. Juni 2014 (Aktenz. des Anwalts. BBOPP004) und der US-Patentveröffentlichung Nr. US-2015/0331523 mit dem Titel „Two-Dimensional Sensor Arrays“, eingereicht am 20. August 2014 (Aktenz. des Anwalts BBOPP004X1) beschrieben, deren gesamte Offenbarungen hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen werden. Es ist jedoch auch zu beachten, dass Implementierungen denkbar sind, die eine Vielzahl anderer geeigneter Sensortechniken einsetzen.
1 veranschaulicht ein Beispiel des Sensorsystems 100, das durch die vorliegende Offenbarung ermöglicht wird und in einen Fahrzeugsitz aufgenommen werden kann. Das Sensorsystem 100 kann in den Sitz auf vielerlei Arten integriert werden, wie z. B. unter dem Sitzpolster, als Teil des Sitzpolsters, als Teil eines Sitzbezuges, zwischen dem Polster und dem Sitzbezug usw. Die in 1 gezeigte spezifische Implementierung ist eine auseinandergezogene Darstellung, die 78 Sensoren umfasst, die Daten von unterschiedlichen Bereichen des Fahrzeugsitzes erfassen. Die Sensoren sind mit leitfähigen Leiterbahnstrukturen 102 implementiert, die direkt auf einem flexiblen Substrat 104 gebildet oder anderweitig darin integriert sind. In der dargestellten Implementierung ist das flexible Substrat 104 ein Dielektrikum. An jedem Sensorort ist ein Patch 106 eines flexiblen piezoresistiven Materials dicht in das Dielektrikum 104 integriert, sodass es mit einer entsprechenden der Sensorleiterbahnstrukturen 102 Kontakt herstellt.
Jede von den Sensorleiterbahnstrukturen 102 in dem Array umfasst zwei eng beabstandete Leiterbahnen, von denen die entsprechenden Strukturen Erweiterungen umfassen, die sich abwechseln. Siehe beispielsweise die vergrößerte Ansicht des Sensors S 1. Eine der Leiterbahnen 108 empfängt ein Ansteuersignal; die andere Leiterbahn 110 sendet das Sensorsignal zu zugehörigen Sensorschaltungen (nicht gezeigt). Das Ansteuersignal könnte beispielsweise durch Verbinden der Leiterbahn (dauerhaft oder vorübergehend) mit einer Spannungsreferenz, einer Signalquelle, die zusätzliche Informationen im Ansteuersignal umfassen kann, einem GPIO- (Universal-Eingabe-Ausgabe) -Stift eines zugehörigen Prozessors oder einer Steuerung usw. bereitgestellt werden. Und wie gezeigt im Beispiel in 1 könnte das Sensorsignal unter Verwendung eines Spannungsteilers erzeugt werden, wobei einer der Widerstände des Teilers den Widerstand zwischen den zwei Leiterbahnen durch das dazwischenliegende piezoresistive Material umfasst. Der andere Widerstand (dargestellt durch R1) könnte beispielsweise in den zugehörigen Sensorschaltungen beinhaltet sein. Während der Widerstand des piezoresistiven Materials mit der ausgeübten Kraft variiert, variiert auch das Sensorsignal als ein geteilter Teil des Ansteuersignals. Die Sensoren werden (über die Ansteuersignale) eingeschaltet und (über die Sensorsignale) abgefragt, um ein Ausgangssignal für jeden zu erzeugen, das eine Darstellung der auf diesen Sensor ausgeübten Kraft ist. Es versteht sich auch, und abhängig von der Anwendung, dass Implementierungen mit mehr oder weniger Sensoren denkbar sind.
Gemäß verschiedenen Implementierungen können unterschiedliche Sätze von Sensoren selektiv eingeschaltet und abgefragt werden, wodurch die Anzahl und Gesamtfläche der Leiterbahnen auf dem Substrat sowie die Verbindungen zu Sensorschaltungen z. B. über einen Anschluss (nicht gezeigt), der mit der Baugruppe an dem Ende 112 verbunden ist, reduziert wird. In dem in 1 dargestellten Sensorsystem werden die 78 Sensoren über 6 Ansteuersignalausgänge von den Sensorschaltungen angesteuert und die Sensorsignale über 14 Sensorsignaleingänge in die Sensorschaltungen empfangen; was nur 20 Verbindungen zwischen dem Substrat und dem Anschluss erforderlich macht (siehe die vergrößerte Ansicht des Endes 112). Dies kann mit einer Implementierung verglichen werden, in der jeder Sensor sein eigenes zugehöriges Paar von Signalleitungen aufweist (d. h., 78 Sensoren; 156 Signalleitungen). Der Satz von Sensoren, die Sensorsignale an einen der 14 Sensorsignaleingänge zu den Sensorschaltungen bereitstellen, kann in jeder geeigneten Sequenz oder Struktur eingeschaltet werden, sodass jedes an dem entsprechenden Sensorsignaleingang empfangene Signal mit dem entsprechenden Sensoransteuersignal von den Sensorschaltungen korreliert werden kann.
Und da die Sensorsignale in dieser Implementierung durch die Sensorschaltungen über mehrere unterschiedliche Sensorsignaleingänge empfangen werden, können mehrere Sensoren gleichzeitig eingeschaltet werden, solange sie mit unterschiedlichen Sensorsignaleingängen zu den Sensorschaltungen verbunden sind. Dies ermöglicht das Teilen von Ansteuersignalleitungen. Das Teilen von gemeinsamen Ansteuersignalleitungen kann in einigen Fällen durch Isolatoren ermöglicht werden, die ermöglichen, dass sich die leitfähigen Leiterbahnen kreuzen. In anderen Fällen könnten die leitfähigen Leiterbahnen einfach abweichen. In noch weiteren Fällen können Sensoren gemeinsame Ansteuersignale teilen, die entspringen und dann vor dem Erreichen der Baugruppe abzweigen. Daher sind in der gezeigten Implementierung nur 6 Ansteuersignale zum Einschalten der 78 Sensoren erforderlich.
Genereller variiert die Anzahl an Signalleitungen, die verwendet werden, um die Sensoren des Arrays anzusteuern, die Anzahl an Signalleitungen, die verwendet werden, um die Sensorsignale zu erfassen, und die Weise, in der die Signalleitungen in jeder Gruppe geteilt werden können, beträchtlich von Implementierung zu Implementierung. Einige der Probleme, die Auslegungsentscheidungen diesbezüglich beeinflussen, umfasst beispielsweise die Topologie des Arrays. Das heißt, diese Auslegungsentscheidungen sind in hohem Maße davon abhängig, wie ein Signal jeden Sensor verlässt und wie gut jedes mit dem Ort der Baugruppe ausgerichtet ist, der mit der Außenwelt (z. B. dem Anschluss, einer PCB-Schnittstelle usw.) verbindet. Ein weiteres Problem betrifft Sensorausgangspegel. Das heißt, wenn erwartet wird, dass die Sensorausgangspegel niedrig sind, kann es vorteilhaft sein, einen direkteren Weg zu dem Anschluss oder den Sensorschaltungen durch mehrere Leitungen für Sensorsignale vorzusehen, wobei weniger Sensoren jede Leitung teilen. Dies kann auch den Vorteil haben, ein Übersprechen zwischen Sensoren zu reduzieren. Und bei Implementierungen, bei denen selbst kleine Mengen an Übersprechen unerwünscht sind, können die Leitungen, welche die Sensorausgangssignale zu den Sensorschaltungen übertragen, mit einem nicht invertierenden OP-Verstärker abgeschlossen werden, der eine virtuelle Masse darstellt. Andere geeignete Variationen bezüglich dieses Themas werden von einem Fachmann als im Umfang dieser Offenbarung verstanden.
Gemäß einer bestimmten Implementierung sind die Leiterbahnstrukturen 102 mittels Siebdruck auf das Substrat 104 gedruckt, das ein flexibles PET-(Polyethylenterephthalat) -Substrat von ungefähr 5 mils dick sein kann. Das PET weist leitfähige Leiterbahnen sowie Dielektrikumisoliermaterial an Orten auf, an denen sich die Leiterbahnen kreuzen, was komplexe Strukturen und Routing zu isolierten Strukturen ermöglicht. Gemäß einer spezifischen Implementierung sind die Leiterbahnen unter Verwendung eines Siebdruckprozesses gebildet, der Tinte1, Dielektrikum und dann Tinte2 abscheidet. Es ist offensichtlich, dass komplexere Topologien denkbar sind.
Die piezoresistiven Patches 106 werden an einem Substrat 114 angehaftet, das ein nicht durchlässiges flexibles Material wie z. B. ein thermisch übertragbares Polyurethan oder TPU sein kann, wie diejenigen, die von Bemis Associates Inc., Shirley, Massachusetts erhältlich sind. Die piezoresistiven Patches 106 können an dem TPU durch Teilerwärmung oder unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs, wie z. B. einen Kleberpunkt, angehaftet werden. Bei einem weiteren Beispiel könnten die piezoresistiven Patches mit einem Klebstoff auf der Rückseite gestanzt sein (z. B. ein Haftkleber wie 3M 468MP, der allgemein als doppelseitiges Klebeband bezeichnet wird). Gemäß einer bestimmten Implementierung wird ein gestapelter Klebstoff verwendet, der von dem piezoresistiven Patch nach unten umfasst: 3M 468, 0,05 PET und Acryl-PSA, das mit dem TPU des Substrats 114 verbunden ist. Alternativ könnte das Substrat 114 ein PET-Substrat mit Haftkleber sein, der auf einer Fläche aufgebracht wird zum Anhaften der piezoresistiven Patches und dann zum Anhaften an das Substrat 104.
Das Substrat 114 mit den Patches 106 ist relativ zu dem Substrat 104 positioniert, sodass die Patches 106 mit den Sensorleiterbahnstrukturen 102 ausgerichtet sind. Die Substrate werden dann thermisch zusammengepresst, sodass das Substrat 114 in das Substrat 104 schmilzt (für Implementierungen, bei denen das Substrat 114 ein TPU ist) und einen luftdichten Verschluss um jeden von den Sensoren (d. h., einen Piezo-Patch und die entsprechende Leiterbahnstruktur) und die Routingleiterbahnen herum, die zu dem Anschluss führen, bildet. Die Dichtung stellt einen Umgebungsschutz für die Sensoren und Leiterbahnen bereit und unterstützt dabei, die individuellen Sensorkomponenten in Position zu halten, was in einer robusten und dicht integrierten Einheit resultiert. Ein Umgebungsschutz kann für die leitfähigen Tinten, aus denen die Sensoren und Leiterbahnen aufgebaut sind, angesichts ihrer Oxidationsneigung und ihres Abbaus über die Zeit, wenn sie verschiedenen Umweltschadstoffen ausgesetzt werden, besonders vorteilhaft sein. Es ist offensichtlich, dass die Anzahl und Konfiguration von Sensoren abhängig von beispielsweise der Sitzgestaltung, der gewünschten Auflösung usw. variieren kann.
2 zeigt, wie ein Sensorsystem wie das Sensorsystem 100 von 1 relativ zu einem Fahrzeugsitz ausgerichtet sein könnte. Der Hauptabschnitt 202 der Baugruppe ist positioniert, um auf die obere Fläche des unteren Sitzpolsters ausgeübte Kräfte zu erfassen. Der Vorderabschnitt 204 der Baugruppe (der mit dem Abschnitt 202 durch einen engeren Hals verbunden ist) ist über die Vorderseite des unteren Sitzpolsters geklappt und positioniert, um Kräfte gegen die Vorderseite des Polsters zu erfassen, die beispielsweise durch die Wadenmuskulaturen des Insassen ausgeübt werden könnten; insbesondere ein kleinerer Insasse.
3 ist ein vereinfachtes Diagramm von Sensorschaltungen, die auf einer PCB oder einer anderen verbundenen Baugruppe zur Verwendung mit hierin beschriebenen Implementierungen vorgesehen sein können. Beispielsweise könnten in der vorstehend beschriebenen Implementierung unter Bezugnahme auf 1 solche Sensorschaltungen mit den leitfähigen Leiterbahnen auf Substrat 104 über einen Anschluss an dem Ende 112 verbunden sein. Wenn Druck auf einen der Sensoren ausgeübt wird, wird ein resultierendes Signal (erfasst über die entsprechenden Leiterbahnen) empfangen und (z. B. über Multiplexer 302 und A-D-Wandler 304) digitalisiert und kann (z. B. durch den Prozessor 306) lokal verarbeitet und/oder zu einer verbundenen Vorrichtung (z. B. über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung) gesendet werden. Die Sensoren können selektiv durch die Sensorschaltungen (z. B. unter der der Steuerung des Prozessors 306 über den A-D-Wandler 308 und den Multiplexer 310) eingeschaltet werden, um die Erzeugung der Sensorsignale zu bewirken. Der Prozessor 306 kann mit einer entfernten Fahrzeugleittechnik (z. B. ein Airbag-Steuersystem) über eine verdrahtete oder eine drahtlose Schnittstelle kommunizieren. Es kann Strom an die Sensorschaltungen unter Verwendung irgendwelcher aus einer Vielzahl von Mechanismen einschließlich einer oder mehrerer Batterien, einer Verbindung zu dem elektrischen System des Fahrzeugs usw. bereitgestellt werden Und es ist offensichtlich, dass die in 3 gezeigten Sensorschaltungen lediglich ein Beispiel sind. Es ist eine große Vielfalt an Sensorschaltungskomponenten, Konfigurationen und Funktionalitäten denkbar. Gemäß einer bestimmten Implementierung kann der Prozessor 306 in die C8051F380-GM-Steuerung oder sein temperaturbewertetes Automobilindustrieäquivalent C8051F501 implementiert werden (die beide von Silicon Labs, Austin, Texas bereitgestellt werden).
Da einige durch die vorliegenden Offenbarungen ermöglichte Sensorsysteme dazu beabsichtigt sind, in Fahrzeugen eingesetzt zu werden, reicht der Temperaturbereich, für den solche Systeme konzipiert sind, von 40 °C bis 100 °C. Gemäß einigen Implementierungen ändert sich die Reaktion der Sensoren in einer bekannten Weise mit der Temperatur wie gezeigt in 4. Jede Kurve stellt die Beziehung zwischen der Kraft in Kilogramm, die auf einen individuellen Sensor (z. B. Sensor S1 von 1) ausgeübt wird, und dem Widerstand des piezoresistiven Materials des Sensors (z. B. die Patches 106 von 1) in Ohm bei einer bestimmten Temperatur dar. Die Kurve 402 entspricht 100 °C; die Kurve 404 50 °C; die Kurve 406 22 °C; die Kurve 408 10 °C; und die Kurve 410 40 °C. Wie veranschaulicht in 4 kann die Änderung in der Sensorreaktion über die Temperatur signifikant sein. Es ist daher nützlich, eine Art von Überwachung der Temperatur zu haben, um diese Variationen zu berücksichtigen.
Ein Thermoelement ist eine elektrische Vorrichtung, die zwei unähnliche Leiter mit einer elektrischen Verbindung umfasst, die infolge des Thermoeffekts eine temperaturabhängige Spannung erzeugt. Diese Spannung kann zum Messen der Temperatur verwendet werden. Einige konventionelle Thermoelemente werden durch Schweißen von beispielsweise einem Kupferdraht an einen Nickeldraht hergestellt. Während die Kombination erwärmt oder abgekühlt wird, erzeugt sie eine kleine Strommenge, welche die Temperatur darstellt. Traditionelle Thermoelemente können jedoch zu voluminös sein, um sie in ein Sitzpolster zu tun.
Gemäß einer bestimmten in 5 veranschaulichten Implementierung sind Thermoelemente 502, die zwei unähnliche Metalle 504 und 506 umfassen, in der Baugruppe vorgesehen, sodass die Temperatur des Systems zum Zweck des geeigneten Anpassens der Sensorausgänge, um die Temperatur zu berücksichtigen, überwacht werden kann. Eines der Thermoelementmetalle kann beispielsweise ein Pulvermetall (z. B. Nickel, Stahl, Kupfernickellegierung oder dergleichen) sein, das in einer Tintenzusammensetzung mit einer ausreichend hohen Konzentration dispergiert ist. Diese Komponente des Thermoelements kann (z. B. auf dem Substrat 104) in Verbindung mit dem Drucken der Leiter und Isolatoren der Sensoren mittels Siebdruck gedruckt sein. Die andere Metallkomponente des Thermoelements (z. B. ein Kupferfilm) kann an dem Substrat angehaftet werden, an dem wie vorstehend beschrieben die piezoresistiven Patches (z. B. Substrat 114) angehaftet werden, wobei der Kontakt zwischen den zwei Thermoelementkomponenten hergestellt wird, wenn die Substrate ausgerichtet und aneinander befestigt sind. Der schwarze Streifen 508 stellt die Überlappungsregion der zwei Metalle dar. Gemäß einer bestimmten Implementierung, bei der das Substrat, an dem der Kupferfilm angehaftet wird, ein TPU ist, stellt das Befestigen der zwei Substrate aneinander einen ausreichenden Druck bereit, um die zwei Thermoelementkomponenten elektrisch zu verbinden. Jedes der Thermoelemente weist seinen eigenen Satz von Leiterbahnen auf (zur Übersichtlichkeit nicht gezeigt), die zu dem Anschluss am Ende der Baugruppe geroutet sind. Das Paar von Leiterbahnen, das jedes Thermoelement mit dem Anschluss verbindet, wird zusammen mit den Leiterbahnen für jeden von den Sensoren geroutet, wobei jede der Thermoelementkomponenten mit einer der Leiterbahnen verbunden ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass andere thermisch ansprechende Vorrichtungen als Temperatursensorelemente zum Überwachen von Systemtemperaturen verwendet werden können, einschließlich beispielsweise Widerstandsthermometer (RTD), welche eine Temperatur durch Korellieren des Widerstandes des RTD-Elements (gewöhnlich ein Reinmetall wie Nickel oder Kupfer) mit der Temperatur messen, oder Thermistoren, die eine Keramik oder ein Polymer verwenden, die bzw. das den Widerstand mit der Temperatur ändert. Andere geeignete Vorrichtungen sind einem Fachmann bekannt.
Bei der dargestellten Implementierung sind sechs Thermoelemente gezeigt, die bei der Baugruppe unter den Sensoren und Sensorroutingleiterbahnen verteilt sind. Die Ausgabe eines gegebenen Sensors oder einer Gruppe von Sensoren kann basierend auf einer Temperatur, die unter Verwendung eines oder mehrerer der Thermoelemente bestimmt wird, die Kalibrierdaten verwenden, die in einem Speicher gespeichert sind, der mit dem Prozessor verbunden ist (z. B. im Speicher 307 des Prozessors 306) angepasst werden. Diese Daten können einen einzelnen Satz von Kalibrierfaktoren für alle der Sensoren im Array umfassen. Alternativ kann jeder Sensor oder jede Gruppe von Sensoren seinen bzw. ihren eigenen Satz von Kalibrierfaktoren für den Bereich von Temperaturen aufweisen.
Es ist offensichtlich, dass die Temperatur, die verwendet wird, um einen Kalibrierfaktor für eine gegebene Sensorausgabe auszuwählen, auf eine Anzahl von Arten abgeleitet werden kann. Beispielsweise könnte eine Ausgabe eines Sensors basierend auf der Temperatur, die von dem nahesten Thermoelement gemeldet wird, angepasst werden. Alternativ könnten die berichteten Temperaturen von mehreren Thermoelementen (z. B. über Mitteln, Interpolation usw.) kombiniert werden, um einen Wert abzuleiten, der beispielsweise die Temperatur am Ort jedes Sensors besser darstellen könnte. Es versteht sich auch, dass die Anzahl und Verteilung von Thermoelementen für unterschiedliche Anwendungen basierend auf beispielsweise einer gewünschten Auflösung und/oder Genauigkeit beim Bestimmen der Temperatur (was dem entsprechen kann, wie genau die Sensoren sein müssen), dem verfügbaren Bereich usw. variieren kann. Viele Fahrzeugsitze umfassen beispielsweise Heizungsschichten, die einige Bereiche der Sitze mehr beeinflussen als andere. Des Weiteren kann das Vorhandensein eines Insassen Wärme vom Körper des Insassen und/oder einer Heizung einfangen. Es ist daher wünschenswert, die Anzahl und Verteilung von Temperaturfühlern anzupassen, sodass Sensorausgänge angepasst werden können, um das gewünschte Niveau an Genauigkeit im Berichten von Kräften des Sitzes zu erreichen.
Für Beispiele von Thermoelementstrukturen, die mit verschiedenen Implementierungen verwendet werden können, siehe das US-Patent 4.438.291 mit dem Titel „Screen-Printable Thermocouples“, veröffentlicht am 20. März 1984, Eichelberger et al., dessen gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen wird.
Gemäß einigen Implementierungen kann die Ausgabe eines gegebenen Sensors oder einer Gruppe von Sensoren auch basierend auf dem Luftdruck unter Verwendung von Kalibrierdaten, die in einem Speicher gespeichert sind, der mit dem Prozessor verbunden ist (z. B. im Speicher 307 des Prozessors 306) angepasst werden. Diese Daten können einen einzelnen Satz von Kalibrierfaktoren für alle der Sensoren im Array umfassen. Alternativ kann jeder Sensor oder jede Gruppe von Sensoren seinen bzw. ihren eigenen Satz von Kalibrierfaktoren für den Bereich von Luftdruck aufweisen. Der Luftdruck kann unter Verwendung irgendwelcher von einer großen Vielfalt von Sensoren gemessen werden, wie z. B. der KP254 von Infineon Technologies AG, ein miniaturisierter digitaler Atmospährenluftdrucksensor.
Es ist offensichtlich, dass der Luftdruck, der verwendet wird, um einen Kalibrierfaktor für eine gegebene Sensorausgabe auszuwählen, auf eine Anzahl von Arten abgeleitet werden kann. Beispielsweise könnte eine Ausgabe eines Sensors basierend auf dem Druck, der von dem nahesten Drucksensor berichtet wird, angepasst werden. Alternativ könnten die berichteten Drücke von mehreren Sensoren (z. B. über Mitteln, Interpolation usw.) kombiniert werden, um einen Wert abzuleiten, der beispielsweise den Druck am Ort jedes Sensors besser darstellen könnte. Es versteht sich auch, dass die Anzahl und Verteilung von Drucksensoren für unterschiedliche Anwendungen basierend auf beispielsweise einer gewünschten Auflösung und/oder Genauigkeit beim Bestimmen des Luftdrucks (was dem entsprechen kann, wie genau die Sensoren sein müssen), dem verfügbaren Bereich usw. variieren kann.
Der Bedarf an Luftdrucksensoren kann reduziert oder sogar eliminiert werden, wenn das Gehäuse, in dem das Sensorsystem eingesetzt wird, ein Entlüften ermöglicht. Dies kann einfach durch Einschließen von Löchern oder Öffnungen in dem Gehäuse erreicht werden. Gemäß einigen Implementierungen können auch Entlüftungskomponenten verwendet werden, die den Innendruck eines Gehäuses regulieren, während sie dem Eindringen von Verunreinigungen widerstehen. Beispiele solcher Entlüftungskomponenten werden bereitgestellt von W. L. Gore & Associates (auch als Gore bekannt).
Es versteht sich, dass die Antworten der Sensoren in durch die vorliegende Offenbarung ermöglichten Arrays selbst bei gleicher Temperatur und gleichem Luftdruck relativ zueinander Variationen aufweisen können. Gemäß einigen Implementierungen werden kalibrierte Sensordaten, die die Antwort von jedem der Sensoren darstellen, gespeichert (z. B. im Speicher 307 des Prozessors 306). Wie vorstehend erwähnt, können solche Daten Temperatur und/oder Luftdruck berücksichtigen. Eine Kalibrierung kann auch Variationen berücksichtigen, die durch von unterschiedlichen Sensoren erfahrene mechanische Unterschiede bewirkt sind, basierend darauf, wo sich jeder Sensor befindet und basierend auf der physischen Auslegung des Fahrzeugsitzes. Beispielsweise können Kalibrierdaten die Nähe eines Sensors zu einer Naht im Sitzbezug oder zu einer Sitzbezugskante berücksichtigen, die gesteppt ist. Ein Sensor, der sich nahe einer Naht oder einer Steppen befindet, wird wahrscheinlich unterschiedlich auf Kraft ansprechen, als ein Sensor, der sich entfernt von einer Naht oder Steppen befindet. Solche Daten können zum Sicherstellen der Konsistenz in der Art, in der die Sensorausgänge verarbeitet und/oder verwendet werden, um ausgeübte Kräfte darzustellen, verwendet werden. Während der Kalibrierung wird die Ausgabe jedes Sensors (z. B. wie erfasst durch ADC 304) für einen Bereich bekannter Eingangskräfte (und möglicherweise auch Temperaturen) gemessen. Dies kann beispielsweise durch Anordnen jedes Sensors auf einer Waage und Ausüben von Kraft auf diesen Sensor und Aufzeichnen eines Wertes im Speicher für jeden von mehreren ADC-Werten erfolgen, der einen entsprechenden Wert darstellt, der von der Waage bei einer gegebenen Temperatur berichtet wird. Auf diese Weise wird ein Satz von Datenpunkten für jeden Sensor (z. B. in einer Tabelle im Speicher 307) erfasst, der Analogeingangswerte mit entsprechenden Kräften (z. B. Gewichte in Gramm oder Kilogramm) und Temperaturen verknüpft. Der Datensatz für jeden Sensor könnte einen Kraftwert für jeden möglichen Wert der ADC-Ausgabe und für sehr kleine Temperaturänderungen erfassen. Alternativ können weniger Datenpunkte erfasst werden und die Sensorschaltungen können Interpolation verwenden, um Kraftwerte für im Datensatz nicht dargestellte ADC-Ausgaben abzuleiten. Bei Implementierungen, bei denen die Wirkung von Temperatur und/oder Luftdruck auf Sensorausgänge berücksichtigt werden, können die Kalibrierdaten für jeden bestimmt und unabhängig voneinander angewandt werden oder alternativ bestimmt und in einer integrierten Weise angewandt werden. Variationen dieser Themen werden von einem Fachmann verstanden.
Das Erzeugen der Datensatzpunkte für jeden Sensor kann durch individuelles Ausüben der Kraft auf jeden Sensor unter Verwendung von beispielsweise einer Vorrichtung mit einer Grundfläche erfolgen, die mit der Konfiguration des aktiven Bereichs des Sensors übereinstimmt (siehe z. B. die Form des Sensors Si von 1). Es kann auch durch gleichzeitiges Ausüben von Kraft über mehrere Sensoren erfolgen (potenziell bis zum gesamten Array), indem beispielsweise ein präziser aufblasbarer Balg, der Kraft gleichmäßig über den Satz von Sensoren verteilt, verwendet wird. Die Messungen für eine gegebene Kraft können dann durch sequenzielles Aktivieren der Sensoren erfasst werden. Einem Fachmann werden andere Variationen offensichtlich sein. Unabhängig davon, wie die Kalibrierungskraft ausgeübt wird, ist das, was resultiert ein Datensatz, den der Prozessor verwenden kann, um die von jedem Sensor empfangene Ausgabe zu einer genauen Darstellung der dargestellten Kraft zuzuordnen. Es ist offensichtlich, dass diese Konsistenz der Darstellung für einige Anwendungen wichtig sein kann.
6 veranschaulicht eine Variation der Klasse von Implementierungen, die in 1 veranschaulicht sind, in der viele der oberen und unteren Substrate, die keine Sensoren und Leiterbahnen umfassen, entfernt sind, wie es durch die Reliefausschnitte, die mit „CO“ bezeichnet sind, dargestellt ist, d. h., die zusammenhängende Region um jede Instanz der Bezeichnung „CO“ herum stellt eine Öffnung in der Baugruppe dar. Es ist ein ausreichender Rand um die Sensoren und Leiterbahnen herum vorgesehen, um die Umgebungsabdichtung aufrechtzuerhalten, welche die Integrität der leitfähigen Tinten erhält. Die Ausschnitte ermöglichen jedem Sensor oder Satz von Sensoren eine mechanische Freiheit, sich unabhängiger von seinen Nachbarn zu bewegen. Dies erhöht den Bereich und/oder die Empfindlichkeit jedes Sensors oder Satzes von Sensoren, indem die Kraft, die auf einen gegebenen Sensor oder Satz von Sensoren ausgeübt wird, nicht über eine größere Fläche der Baugruppe gemittelt wird, als es ohne die Ausschnitte der Fall wäre. Da jeder Sensor oder Satz von Sensoren unabhängiger von seinen Nachbarn aktiviert wird, erhöht dies die Genauigkeit, mit der die Kräfte, die durch diesen Sensor oder Satz von Sensoren berichtet werden, erfasst werden können. Ein weiterer Vorteil der Ausschnitte betrifft die Tatsache, dass bestimmte Materialien einen knitternden Ton von sich geben, der für Benutzer unangenehm sein kann. Die Ausschnitte reduzieren diesen Effekt erheblich.
7 zeigt unterschiedliche Baugruppenschichten, die gemäß einer bestimmten Implementierung bei oder nahe einem der Sensoren existieren können. Diese umfassen das obere Substrat (TPU-Laminat 702), das piezoresistive Element (Gewebe 704), eine Leiterbahn (Leiter 706), einen Isolator dafür, wo sich die Leiterbahnen überlappen könnten (Dielektrikum 708), eine weitere Leiterbahn (Leiter 710) und das untere Substrat (PET-Laminat 712). Es ist offensichtlich, dass abhängig von dem Ort in der Baugruppe nur eine Untergruppe der dargestellten Schichten vorhanden sein wird. Beispielsweise wird das piezoresistive Material nur an den Orten der Sensoren vorhanden sein. Bei einem weiteren Beispiel entlang einer der Routingleiterbahnen könnte es nur das obere Substrat, ein Leiter und das untere Substrat geben. Bei einem weiteren Beispiel würde zwischen den Leiterbahnen eines bestimmten Sensors ein Querschnitt nur die piezoresistiven Gewebe und die zwei Laminate zeigen. Bei einem weiteren Beispiel, das Thermoelemente umfasst, wären zusätzliche Schichtarten, die der Thermoelementstruktur entsprechen, vorhanden. Einem Fachmann werden andere Variationen offensichtlich sein.
Durch die vorliegende Offenbarung ermöglichte Implementierungen sind fähig, einen reichhaltigen Datensatz bereitzustellen, der die Kräfte an einem Fahrzeugsitz darstellt; was nicht nur die Detektion des Gewichts eines Objekts oder Insassen ermöglicht, sondern wie dieses Gewicht verteilt ist; zu jedem gegebenen Augenblick und über die Zeit. Mindestens einige der vorstehend beschriebenen Implementierungen ermöglichen die Detektion von Kräften bis hinunter zu ungefähr 300 Gramm, wobei der Abstand der 78 Sensoren eine Auflösung von nominal 10 mm bereitstellt. Es können natürlich feinere oder gröbere Auflösungen erreicht werden. Das heißt, der Dynamikbereich von individuellen Sensoren und die Auflösung, welche die Sensordaten darstellen, können im Umfang dieser Offenbarung beträchtlich variieren. Eine große Vielfalt von Auflösungen kann durch die Anzahl und den Abstand von Sensoren sowie durch den Gebrauch von Interpolation von Daten von mehreren Sensoren erreicht werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung sollte daher nicht unter Bezugnahme auf die spezifischen beschriebenen Beispiele begrenzt werden.
Die 8A bis 8E veranschaulichen grafisch die Art der Daten, die mit „Druckkarten“ erfasst werden können, welche eine visuelle Repräsentation der Sensordaten bereitstellen. Die dargestellten Ansichten sehen hinunter auf das untere Sitzpolster, wobei sich die Vorderseite der Sitzpolster am unteren Rand jeder Ansicht befindet. Die 8A, 8B und 8C zeigen Druckkarten, welche die Daten darstellen, die mit einem erwachsenen Fahrzeuginsassen erzeugt sind, der mit geraden Beinen sitzt (8A), wobei das linke Bein über das rechte (8B) geschlagen ist und das rechte Bein über das linke (8C) geschlagen ist. Die unterschiedlichen Schattierungen stellen Variationen in der Stärke der detektierten Kraft dar. Es ist aus diesen Veranschaulichungen offensichtlich, dass die Sensordaten darstellen können, ob der Sitzinsasse sich nach vorne lehnt, zurücklehnt usw. sowie sich die Kräfte auf dem Sitz über die Zeit ändern. Die Sensordaten können auch unterschiedliche Arten von Objekten darstellen, die unterschiedliche Druckkarten-„Signaturen“ aufweisen könnten, oder sie können verwendet werden, um diese zu detektieren. 8D zeigt beispielsweise die Druckkarte für einen leeren Fahrzeugsitz, während 8E die Druckkarte für den gleichen Fahrzeugsitz mit einem Gewicht darin zeigt. Es können Darstellungen der mit solchen gewöhnlichen Objekten verbundenen Kräfte zum Zweck des Unterstützens einer solchen Objekterkennung im Speicher (z. B. im Speicher 307 des Prozessors 306) gespeichert werden.
Sensordaten, die durch einen Sensor erzeugt werden und wie hierin beschrieben implementiert werden, können auf vielerlei Arten verarbeitet werden, um eine Klassifizierungsentscheidung zu erreichen. Eine Klassifizierung kann für einen Bereich von Objekttypen und Untertypen erreicht werden, die beispielsweise verschiedene Arten von leblosen Objekten (z. B. ein Autokindersitz), Lebewesen (z. B. unterschiedlich große Menschen in verschiedenen Sitzpositionen, unterschiedliche Arten und Größen von Haustieren usw.) oder Gewichtsklassen basierend auf einer Vielzahl von Modellen umfassen. Es können Maschinenlerntechniken genutzt werden, um solche Modelle und eine solche Leistung über die Zeit zu verbessern.
Eine geeignete Darstellung einer Merkmalsreihe, die von solchen Techniken verwendet werden kann, könnte beispielsweise ein Vektor sein, der numerische Darstellungen umfasst, die von den Sensordaten als Operanden abgeleitet sind. Die Operanden können für unterschiedliche Arten von Betonungen gewichtet sein. Solch ein Vektor könnte beispielsweise als ein Prüfvektor für einen Support Vector Machine-(SVM) -Maschinenlernprozess verwendet werden. Andere mögliche Darstellungen wären von der Art von eingesetzten Maschinenlerntechniken (z. B. Regressionsanalyse, neuronale Netzwerke, Tiefenlerntechniken usw.) abhängig.
Sobald sie erzeugt sind, werden die Trainingsvektoren durch einen Maschinenlernalgorithmus verarbeitet, um ein Modell für jede mögliche Objektklassifizierung zu erstellen. Der Klassifizierungsalgorithmus wendet dann das gelernte Modell auf die zu klassifizierenden Daten an, d. h., Echtzeitsensordaten. Es sollte jedoch beachtet werden, dass jeder Vektorraumklassifizierungsalgorithmus verwendet werden kann. Das heißt, zusätzlich zu einer SVM existiert eine große Vielfalt von geeigneten Alternativen einschließlich beispielsweise Naive Bayesian-Klassifizierer, lineare Diskriminanten-Klassifizierer, neuronale Netzwerke und Bayesian-Netzwerke.
Gemäß einer bestimmten Klasse von Implementierungen werden unbearbeitete Sensordaten zu einer Darstellung der physischen Geometrie und Ausrichtung des Sensorsystems in dreidimensionalem (3D) Raum zugeordnet. Dies kann beispielsweise durch die Zuordnung der Daten zu Eckpunkten bei einem virtuellen 3D-Modell oder durch Zuordnen und Interpolieren der zweidimensionalen Daten auf eine 3D-Fläche erreicht werden.
Wenn die Daten zu einer 3D-Darstellung zugeordnet wurden, kann eine weitere Verarbeitung erfolgen, um sie für eine Analyse vorzubereiten. Eine solche Verarbeitung kann beispielsweise Puffern, Glätten/Mitteln, Beschneiden, Versetzen oder Hinzufügen von Verstärkung usw. umfassen. Diese Operationen können an den Daten für jeden Sensor ausgeführt oder auf verschiedene Ansammlungen der Daten angewandt werden.
Die Sensordaten können dann analysiert und Merkmale zur Klassifizierung unter Verwendung von beispielsweise Techniken extrahiert werden, die denjenigen ähnlich sind, die in Bildverarbeitungsanwendungen verwendet werden. Eine Merkmalsextraktion kann für alle Sensoren gemeinsam sowie an Untergruppen von Sensoren erfolgen. Beispiele von Merkmalen umfassen (sind aber nicht beschränkt auf) Summe, Mittelwert, Schwellenwerte, Anzahl an Clustern (eine zusammenhängende Gruppe von Sensoren basierend auf einem gemeinsamen Merkmal), Clusterverteilung, Clustergröße, Schwerpunkt, Form, Bewegung, Gewicht, Druckverteilung, Auslöserereignisse und Änderungen in Merkmalen oder Komponenten von Merkmalen über die Zeit. Umweltdaten können auch in der Merkmalsreihe beinhaltet sein. Solche Daten können durch zusätzliche Sensoren, wie z. B. Thermistoren für Temperatur (wie vorstehend beschrieben) und/oder von Hilfsverarbeitungsmodulen (z. B. ein Automobilcomputer) bereitgestellt werden.
Es ist jedoch für einen Fachmann offensichtlich, dass Veränderungen in der Form und den Details der hierin beschriebenen Implementierungen erfolgen können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Es wurden vorstehend beispielsweise Implementierungen beschrieben, bei denen das piezoresistive Material mit dem die Sensoren implementiert sind, in isolierten Patches vorgesehen sind. Es sollte jedoch beachtet werden, dass Implementierungen denkbar sind, bei denen größere piezoresistiven Materialteile verwendet werden können, um mehrere Sensoren oder gar das gesamte Array von Sensoren zu implementieren. Das heißt, das piezoresistive Material kann ein flexibles Gewebe oder ein anderes Material sein, das über mehrere Sensoren oder das gesamte Array durchgängig ist. Und für solche Implementierungen können die Sensorleiterbahnstrukturen und Routingleiterbahnen gedruckt, abgeschieden oder anderweitig direkt auf dem piezoresistiven Material, dem angrenzenden Substrat oder beiden gebildet werden.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Informationen von den durch die vorliegende Offenbarung ermöglichten Sensorsystemen auf vielerlei Arten verwendet werden können. Beispielsweise können die Sensordaten oder Informationen, die von den Sensordaten abgeleitet sind, beim Steuern und/oder Moderieren des Einsatzes von Airbags und anderen aktiven Rückhaltesystemen verwendet werden. Bei einem weiteren Beispiel können die Sensordaten oder Informationen, die von den Sensordaten abgeleitet sind, mit autonom gefahrenen Fahrzeugen verwendet werden, um z. B. zu bestimmen, dass tatsächlich ein Mensch hinter dem Lenkrad sitzt, bevor der Auto-Pilot übersteuert wird, oder um Informationen über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Beifahrers als Eingabe in eine Fahrsoftware zu verwenden, um eine Entscheidungsfindung in Zusammenhang mit Kollisionen mit anderen Fahrzeugen oder Behinderungen zu informieren. Bei einem weiteren Beispiel können Informationen über die Gewichtsverteilung in einem Fahrzeug verwendet werden, um den Betrieb des Aufhängungssystems eines Kraftfahrzeugs, eines Antiblockiersystems und/oder irgendwelcher aus einer Vielzahl anderer Systeme zu verbessern, welche das Fahrzeugleistungsvermögen beeinflussen. Bei einem weiteren Beispiel könnten Sensordaten oder Informationen, die von den Sensordaten abgeleitet sind, verwendet werden, um spezifische Fahrzeuginsassen zum Zweck des Anpassens verschiedener Fahrzeugsysteme (Sitzstellung, Spiegel, Innenraumklimatisierung, Entertainmentsystem usw.) gemäß den gespeicherten Präferenzen dieses Insassen zu erkennen.
Es sind auch Implementierungen denkbar, bei denen zusätzliche wie hierin beschrieben implementierte Sensoren in die Rückseite des Sitzes, die Kopfstütze und/oder in den Boden des Fahrzeugs (oder eine Bodenmatte) vor dem Sitz integriert oder damit ausgerichtet sein können. Es ist offensichtlich, dass solche zusätzlichen Sensoren zusätzliche Details bezüglich der Größe und des Gewichts eines Insassen eines Sitzes sowie dessen Sitzposition bereitstellen können. Solche zusätzlichen Details könnten eine feinere Entscheidungsfindung durch ein OCS und die Systeme die sich auf das OCS stützen, unterstützen. Die zusätzlichen Sensoren können Teil der gleichen Baugruppe wie die Sensoren sein, die dem unteren Sitzpolster zugehörig sind (z. B. als zusätzliche Erweiterungen zum Sensorsystem 100 von 1). Alternativ könnten die zusätzlichen Sensoren in separaten Baugruppen vorgesehen sein, die in ihre entsprechenden Teile des Sitzes und/oder des Bodens oder der Bodenmatte integriert oder damit ausgerichtet sind.
Obwohl verschiedene Vorteile, Aspekte und Aufgaben unter Bezugnahme auf verschiedene Implementierungen beschrieben wurden, sollte der Umfang dieser Offenbarung letztendlich nicht unter Bezugnahme auf diese Vorteile, Aspekte und Aufgaben begrenzt werden. Vielmehr sollte der Umfang dieser Offenbarung unter Bezugnahme auf die angefügten Ansprüche bestimmt werden.
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 15479103 [0001]
US 62326565 [0001]
US 7468332 [0033]
US 2015/0331523 [0035]
US 4438291 [0051]

Claims

Sensorsystem, umfassend: ein Array von Sensoren, die in einer flexiblen Baugruppe angeordnet sind, wobei die flexible Baugruppe zur Integration in einen Sitz ausgeführt ist und jeder Sensor ein piezoresistives Element und eine Sensorleiterbahnstruktur umfasst, die zwei eng beabstandete leitfähige Sensorleiterbahnen umfasst, und jeder Sensor auch mit einem Paar von leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden ist, die konfiguriert sind, ein Ansteuersignal zu empfangen und ein Sensorsignal zu senden, wobei jedes Sensorsignal eine auf den entsprechenden Sensor ausgeübte Kraft darstellt, wobei die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays auf einem flexiblen Substrat gebildet sind, und wobei die piezoresistiven Elemente für die Sensoren des Arrays an dem flexiblen Substrat in Kontakt mit den entsprechenden Sensorleiterbahnstrukturen befestigt sind; und Sensorschaltungen, die mit den leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden und konfiguriert sind, die Sensoren des Arrays mit den Ansteuersignalen selektiv einzuschalten und die Sensorsignale zu empfangen.
Sensorsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend mehrere Temperatursensorelemente, die auf dem flexiblen Substrat gebildet sind, wobei jedes von den Temperatursensorelementen konfiguriert ist, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur der flexiblen Baugruppe in einer Umgebung des Temperatursensorelements darstellt, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, die Temperatursignale zu empfangen und Kraftwerte zu modifizieren, die von den Sensorsignalen unter Verwendung von Korrekturwerten abgeleitet sind, die den Temperatursignalen entsprechen.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein oder mehrere Luftdrucksensorelemente, wobei jedes von den Luftdrucksensorelementen konfiguriert ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das einen Luftdruck in einer Umgebung des Luftdrucksensorelements darstellt, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, jedes Drucksignal zu empfangen und Kraftwerte zu modifizieren, die von den Sensorsignalen unter Verwendung von Korrekturwerten abgeleitet sind, die jedem Drucksignal entsprechen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die flexible Baugruppe zwei Abschnitte umfasst und ein erster Abschnitt der Baugruppe zur Ausrichtung mit einer Oberseite eines Sitzpolsters des Sitzes konfiguriert ist, und ein zweiter Abschnitt der Baugruppe zur Ausrichtung mit einer Vorderseite des Sitzpolsters des Sitzes konfiguriert ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Sensorsystem zur Integration in eines oder mehrere von einem Sitzpolster des Sitzes, einem Rückseitenpolster des Sitzes und/oder einer Kopfstütze des Sitzes konfiguriert ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend ein zusätzliches Array von Sensoren, die in einer zusätzlichen flexiblen Baugruppe angeordnet sind, wobei die zusätzliche flexible Baugruppe zur Integration in einen Boden angrenzend an den Sitz konfiguriert ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die piezoresistiven Elemente an dem flexiblen Substrat mit einem Material befestigt sind, das einen luftdichten Verschluss mit dem flexiblen Substrat um jeden Sensor herum bildet.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die flexible Baugruppe mehrere Ausschnittöffnungen zwischen Untergruppen der Sensoren des Arrays aufweist, sodass jede Untergruppe der Sensoren des Arrays relativ zu anderen Untergruppen der Sensoren des Arrays einen Grad an unabhängiger Bewegung aufweist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays eine oder mehrere auf das flexible Substrat mittels Siebdruck gedruckte leitfähige Tinten umfassen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, die Sensorsignale zu verarbeiten, um Kraftdaten zu erzeugen, die eine Verteilung von Kraftstärken über einen oder mehrere Bereiche des Sitzes darstellen.
Sensorsystem nach Anspruch 10, wobei die Kraftdaten ferner die Verteilung der Kraftstärken über die Zeit darstellen.
Sensorsystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, die Kraftdaten an ein Sitzbelegungserkennungssystem eines Fahrzeugs zu senden, in dem der Sitz beinhaltet ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, die Sensorsignale zu verarbeiten, um eine Art von Objekt oder eine Art von Insasse in dem Sitz zu identifizieren.
Fahrzeugsitz, umfassend: ein Gestell; ein oder mehrere Polster; einen Sitzbezug, der die Polster an dem Gestell befestigt; ein Sensorsystem, das umfasst: ein Array von Sensoren, die in einer flexiblen Baugruppe angeordnet sind, wobei sich die flexible Baugruppe angrenzend an das eine oder die mehreren Polster innerhalb des Sitzbezuges befindet, jeder Sensor ein piezoresistives Element und eine Sensorleiterbahnstruktur umfasst, die zwei eng beabstandete leitfähige Sensorleiterbahnen umfasst, und jeder Sensor auch mit einem Paar von leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden ist, die konfiguriert sind, ein Ansteuersignal zu empfangen und ein Sensorsignal zu senden, wobei jedes Sensorsignal eine auf den entsprechenden Sensor ausgeübte Kraft darstellt, wobei die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays auf einem flexiblen Substrat gebildet sind, und wobei die piezoresistiven Elemente für die Sensoren des Arrays an dem flexiblen Substrat in Kontakt mit den entsprechenden Sensorleiterbahnstrukturen befestigt sind; Sensorschaltungen, die mit den leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden und konfiguriert sind, die Sensoren des Arrays mit den Ansteuersignalen selektiv einzuschalten und die Sensorsignale zu empfangen, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, Kraftdaten unter Verwendung der Sensorsignale zu erzeugen, wobei die Kraftdaten eine Verteilung von Kraftstärken über einen oder mehrere Bereiche des Fahrzeugsitzes darstellen; und eine Schnittstelle, die konfiguriert ist, Kommunikationen basierend auf den Kraftdaten an ein Kraftfahrzeugsystem eines Fahrzeugs zu senden, in dem der Fahrzeugsitz eingebaut ist.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 14, wobei das Sensorsystem ferner mehrere Temperatursensorelemente umfasst, die auf dem flexiblen Substrat gebildet sind, und jedes von den Temperatursensorelementen konfiguriert ist, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur der flexiblen Baugruppe in einer Umgebung des Temperatursensorelements darstellt, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, die Temperatursignale zu empfangen und Kraftwerte zu modifizieren, die von den Sensorsignalen unter Verwendung von Korrekturwerten abgeleitet sind, die den Temperatursignalen entsprechen.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 14 oder 15, ferner umfassend ein oder mehrere Luftdrucksensorelemente, wobei jedes von den Luftdrucksensorelementen konfiguriert ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das einen Luftdruck in einer Umgebung des Luftdrucksensorelements darstellt, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, jedes Drucksignal zu empfangen und Kraftwerte zu modifizieren, die von den Sensorsignalen unter Verwendung von Korrekturwerten abgeleitet sind, die jedem Drucksignal entsprechen.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die flexible Baugruppe zwei Abschnitte umfasst, ein erster Abschnitt der Baugruppe mit einer Oberseite eines Sitzpolsters des Sitzes ausgerichtet ist und ein zweiter Abschnitt der Baugruppe mit einer Vorderseite des Sitzpolsters des Sitzes ausgerichtet ist.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Sensorsystem mit einem oder mehreren von einem Sitzpolster des Sitzes, einem Rückenpolster des Sitzes und/oder einer Kopfstütze des Sitzes ausgerichtet ist.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die piezoresistiven Elemente an dem flexiblen Substrat mit einem Material befestigt sind, das einen luftdichten Verschluss mit dem flexiblen Substrat um jeden Sensor herum bildet.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die flexible Baugruppe mehrere Ausschnittöffnungen zwischen Untergruppen der Sensoren des Arrays aufweist, sodass jede Untergruppe der Sensoren des Arrays relativ zu anderen Untergruppen der Sensoren des Arrays einen Grad an unabhängiger Bewegung aufweist.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays eine oder mehrere auf das flexible Substrat mittels Siebdruck gedruckte leitfähige Tinten umfassen.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei das Kraftfahrzeugsystem ein Sitzbelegungserkennungssystem ist und die Sensorschaltungen konfiguriert sind, die Kraftdaten über die Schnittstelle an das Sitzbelegungserkennungssystem zu senden.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Sensorschaltungen ferner konfiguriert sind, die Kraftdaten zu verarbeiten, um eine Art von Objekt oder eine Art von Insasse in dem Sitz zu identifizieren.