DE112018003049T5

DE112018003049T5 - Kapazitives Insassenerfassungssystem mit verbesserter Unterscheidungsfähigkeit

Info

Publication number: DE112018003049T5
Application number: DE112018003049.0T
Authority: DE
Inventors: Frank Althaus; Erik HOLZAPFEL; David Hoyer
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2020-02-27
Also published as: US20200198498A1; LU100318B1; US10946769B2; WO2018229263A1

Abstract

Ein kapazitives Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10) mit einem kapazitiven Sensor mit mindestens zwei distinkten Antennenelektroden (18, 20) und ein Verfahren zum Betreiben werden vorgeschlagen, um eine Auswirkung der Impedanz vom Sensor zum Objekt Zauf eine Messung der Impedanz vom Objekt zur Masse Z, die das System ausführt, zu verringern. Durch Messen der Impedanz zwischen den verschiedenen Antennenelektroden durch das System sind zusätzliche Informationen erhältlich, die verwendet werden können, um die Auswirkung der Impedanz vom Sensor zum Objekt Zso auf die Impedanz vom Objekt zur Masse zu kompensieren. Als eine Wirkung des Kombinierens beider Impedanzmessergebnisse ist das vorgeschlagene System in der Lage, die Impedanz vom Objekt zur Masse Zvöllig unabhängig von der Abnutzung von ISOFIX-Verankerungen oder davon, dass menschliche Objekte die elektrische Fahrzeugmasse berühren, zu bestimmen, wodurch eine stabile Klassifizierung des Objekts über die gesamte Lebenszeit des Fahrzeugs gewährleistet ist. Das Verfahren ermöglicht ferner eine hochauflösende Sitzbelegungsklassifizierung.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Erfassungsvorrichtung, ein Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem, das eine solche kapazitive Erfassungsvorrichtung umfasst, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems und ein Softwaremodul zum Ausführen des Verfahrens.
Hintergrund der Erfindung
Die Verwendung von Sitzinsassenerfassungs- und/oder -klassifizierungsvorrichtungen ist heutzutage in Fahrzeugen, insbesondere in Personenwagen, weit verbreitet, um ein Sitzinsassensignal für verschiedene Geräte bereitzustellen, zum Beispiel zum Zweck eines Sicherheitsgurterinnerungssystems (Seat Belt Reminder, SBR) oder einer Aktivierungskontrolle für ein zusätzliches Rückhaltesystem (Auxiliary Restraint System, ARS). Sitzinsassenerfassungs- und/oder -klassifizierungssysteme umfassen Sitzinsassensensoren, die es bekanntlich in einer Reihe von Varianten gibt, die insbesondere auf kapazitiver Erfassung beruhen. Ein Ausgangssignal des Sitzinsassenerfassungs- und/oder -klassifizierungssystems wird normalerweise an eine elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs übertragen, um zum Beispiel als Grundlage für eine Entscheidung zu dienen, ein Airbagsystem für den Fahrzeugsitz zu entfalten.
Ein kapazitiver Sensor, der manchmal als elektrischer Feldsensor oder Näherungssensor bezeichnet wird, bezeichnet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss von dem Erfassten (einer Person, einem Körperteil einer Person, einem Haustier, einem Gegenstand, usw.) auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen wenigstens eine Antennenelektrode, an die ein elektrisches oszillierendes Signal angelegt wird und die daraufhin ein elektrisches Feld in einen Raumbereich nahe der Antennenelektrode ausgibt, während der Sensor in Betrieb ist. Der Sensor umfasst mindestens eine Erfassungselektrode, die selber die eine oder die mehreren Antennenelektroden umfassen könnte, an der der Einfluss eines Objekts oder eines Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird.
Die verschiedenen kapazitiven Erfassungsmechanismen werden zum Beispiel in dem technischen Dokument mit dem Titel „Electric Field Sensing for Graphical Interfaces“ von J. R. Smith et al., veröffentlicht in IEEE Computer Graphics and Applications, 18(3): 54-60, 1998 erläutert. Das Dokument beschreibt das Konzept des Erfassens eines elektrischen Felds, wie es verwendet wird, um berührungslose dreidimensionale Positionsmessungen vorzunehmen, und insbesondere, um die Position einer menschlichen Hand zum Zwecke der Eingabe von dreidimensionalen Positionen in einen Computer zu erfassen. Innerhalb des allgemeinen Konzepts des kapazitiven Erfassens unterscheidet der Autor zwischen distinkten Mechanismen, die er als „Lademodus“, „Parallelmodus“ und „Sendemodus“ bezeichnet, die verschiedenen möglichen Wegen für den elektrischen Strom entsprechen. Im „Lademodus“ wird ein oszillierendes Spannungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein oszillierendes elektrisches Feld in Bezug zur Masse aufbaut. Das zu erfassende Objekt modifiziert die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und Masse. Im „Parallelmodus“, der alternativ auch als „Kopplungsmodus“ bezeichnet wird, wird ein Spannungsschwingungssignal an die Sendeelektrode angelegt, wobei ein elektrisches Feld an einer Empfängerelektrode aufgebaut wird, und der an der Empfängerelektrode induzierte Verschiebungsstrom wird gemessen, wodurch der Verschiebungsstrom durch den erfassten Körper modifiziert werden kann. Im „Sendemodus“ wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Kontakt gebracht, der dann ein Sender relativ zu einem Empfänger wird, und zwar entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über eine kapazitive Kopplung.
Die kapazitive Kopplung wird im Allgemeinen durch das Anlegen eines Wechselspannungssignals an eine kapazitive Antennenelektrode und durch Messen des von der Antennenelektrode entweder gegen Masse (im Lademodus) oder im Kopplungsmodus in die zweite Elektrode (Empfängerelektrode) fließenden Stroms bestimmt. 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 kapazitive Erfassungssensoren ohne Schutzelektrode mit einer einzelnen Erfassungselektrode ausgeführt. Auch werden recht häufig kapazitive Sensoren verwendet, die eine Erfassungselektrode und eine Schutzelektrode umfassen, die proximal angeordnet und voneinander isoliert sind. Diese Technik des „Schutzes“ ist auf dem Fachgebiet allgemein bekannt und wird häufig zum bewussten Maskieren und somit Formen eines Empfindlichkeitszustands eines kapazitiven Sensors verwendet. Hierfür 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 der kapazitive Schutz-Erfassungs-Sensor erfasst in einer Richtung zwischen der Erfassungselektrode und der Schutzelektrode nicht mehr.
Es wurde eine reiche Vielfalt von kapazitiven Insassenerfassungssystemen vorgeschlagen, z. B. zur Steuerung des Entfaltens von einem oder mehreren Airbags, wie z.B. eines Fahrerairbags, eines Beifahrerairbags und/oder eines Seitenairbags. Das US-Patent 6,161,070 von Jinno et al. betrifft ein Beifahrererkennungssystem, das eine auf einer Oberfläche eines Beifahrersitzes in einem Kraftfahrzeug montierte einzelne Antennenelektrode umfasst. Ein Oszillator legt ein Spannungsschwingungssignal an die Antennenelektrode an, wodurch ein winziges elektrisches Feld um die Antennenelektrode erzeugt wird. Jinno schlägt das Erkennen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Beifahrers auf dem Sitz basierend auf der Amplitude und der Phase des zur Antennenelektrode fließenden Stroms vor.
Das US-Patent 6,392,542 von Stanley lehrt einen elektrischen Feldsensor, der eine Elektrode umfasst, die innerhalb eines Sitzes angebracht werden kann und mit einer Messschaltung wirkverbunden ist, die ein oszillierendes oder ein gepulstes Signal mit einer Frequenz an die Elektrode anlegt, die „möglichst schwach“ auf die Feuchtigkeit des Sitzes reagiert. Stanley schlägt vor, die Phase und Amplitude des zur Elektrode fließenden Stroms zu messen, um einen belegten oder leeren Sitz zu erkennen und die Sitzfeuchtigkeit auszugleichen.
Andere hatten die Idee der Verwendung des Heizelements einer Sitzheizung als Antennenelektrode eines kapazitiven Belegungserfassungssystems. Die internationale Anmeldung WO 92/17344 A1 offenbart einen elektrisch beheizten Fahrzeugsitz mit einem Leiter, der durch das Durchleiten von elektrischem Strom erwärmt werden kann und der sich in der Sitzfläche befindet, wobei der Leiter auch eine Elektrode eines Sitzbelegungssensors mit zwei Elektroden 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 abzuleiten. Aufwändigere Kombinationen aus Sitzheizung und kapazitivem Sensor sind zum Beispiel in der US 7,521,940 B2 , der US 2009/0295199 A1 und der US 6,703,845 offenbart.
Kapazitive Antennenelektroden werden im Allgemeinen entworfen, um im Wesentlichen die gesamte Sitzfläche des Fahrzeugsitzes abzudecken. Dadurch wird gewährleistet, dass ein Fahrgast zuverlässig erkannt werden kann, auch wenn der Fahrgast auf unnatürliche Weise auf dem Sitz sitzt, z. B. an der vordersten Position des Fahrzeugsitzes.
Das kapazitive Erfassungssystem sollte in der Lage sein, einen leeren Sitz oder einen mit einem Kinderrückhaltesystem (Child Restraint System, CRS) ausgestatteten Sitz von einer direkt auf dem Sitz sitzenden Person zu unterscheiden.
Eine zuverlässige Fähigkeit, zwischen möglichen Sitzinsassenklassen zu unterscheiden, ist für die Erfüllung von hohen Sicherheitsanforderungen wesentlich. Im Vergleich zu Fahrzeugsitz-Klassifizierungssystemen, die Widerstandsmessungen auf Grundlage einer mechanischen Last ausführen, die auch auf dem Fachgebiet bekannt sind, hat eine kapazitive Messung die Vorteile einer einfacheren Verdrahtung und einer stabilen und reproduzierbaren Messung über einen gesamten Temperaturbereich, wie er bei üblichen Fahrzeuganforderungen spezifiziert ist.
Ein Sitzinsassenerkennungs- und -klassifizierungssystem, insbesondere zum Erkennen und Klassifizieren einer Sitzbelegung eines Fahrzeugsitzes, das auf kapazitiver Erfassung basiert, misst eine physikalische Größe, zum Beispiel einen elektrischen Strom durch ein kapazitives Sensorelement oder eine komplexe Impedanz oder einen Scheinleitwert des kapazitiven Sensorelements, wobei die physikalische Größe für ein elektrisches Feld zwischen mindestens einer Erfassungselektrode des kapazitiven Sensorelements und einer Fahrzeugkarosserie steht.
Die mindestens eine Erfassungselektrode kann auf oder in dem Fahrzeugsitz positioniert sein. Ein Sitzinsasse oder ein Gegenstand, der auf dem Fahrzeugsitz platziert wird, ändert das elektrische Feld der Erfassungselektrode, was zu einer Änderung der gemessenen physikalischen Größe führt.
Insassenklassifizierungssysteme für einen Fahrzeugsitz, die auf einer kapazitiven Erfassung beruhen, unterliegen der Gefahr einer Täuschung, wenn am Fahrzeug geerdete Gegenstände auf einem Fahrzeugsitz platziert werden, zum Beispiel ein CRS, wie ein ISOFIX-Kindersitz, der im installierten Zustand durch mechanisches Verbinden des CRS mit Verankerungen geerdet wird, die fest an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind. ISOFIX-Kinderrückhaltesysteme sind mit Metallklammern ausgerüstet, die für eine schnelle Fixierung an den Verankerungen konfiguriert sind. Die Metallklammern sind Teil eines innerhalb des CRS angeordneten Metallrahmens. Dieser Metallrahmen könnte der Antennenelektrode innerhalb weniger Millimeter nahe kommen. Je nach Nähe des geerdeten CRS-Metallrahmens zu der mindestens einen Antennenelektrode des kapazitiven Sensorelements könnte die erfasste physikalische Größe groß genug sein, dass das Insassenklassifizierungssystem für einen Fahrzeugsitz veranlasst wird, ein elektrisch mit der Fahrzeugmasse verbundenes CRS als eine „direkt auf dem Sitz sitzende Person“ zu klassifizieren.
Ein Problem betreffend eine kapazitive Erfassungsvorrichtung beim Messen einer kapazitiven Kopplung zwischen einer Antennenelektrode und Fahrzeugmasse kann wie folgt auftreten:

- bei einem nicht geerdeten CRS wird ein mit einem CRS ausgestatteter Sitz als geringe Kapazität erfasst, während eine Person, die direkt auf dem Sitz sitzt, als hohe Kapazität erfasst wird;
- bei einem geerdeten CRS, der auf dem Sitz installiert ist, erfasst das System eine hohe Kapazität, was eine Fehlklassifizierung erzeugen kann.

Außerdem besteht ein weiteres Problem darin, dass die ISOFIX-Verankerungen in einem neuen Fahrzeug üblicherweise mit Farbe überzogen und somit galvanisch isoliert sind. Bei jedem Einbau des ISOFIX-CRS wird ein Teil des Farbüberzugs entfernt. Folglich ändert sich der Grad der Erdung des ISOFIX-CRS-Metallrahmens im Laufe von dessen Lebensdauer und der entsprechenden Nutzung. Bei neuen ISOFIX-Verankerungen hat das CRS eine gut definierte Impedanz gegenüber den ISOFIX-Verankerungen, wobei die Impedanz von der Art der Farbe abhängt. Nachdem die Farbe vollständig entfernt worden ist, ist das CRS vollständig geerdet. Dieses zwischenzeitliche Verhalten macht sich bei der Messung einer Impedanz in Bezug zur Masse bemerkbar, wie es im Diagramm in 6 veranschaulicht ist.
Im Diagramm aus 6 zeigt die Abszissenachse den elektrischen Leitwert einer gemessenen Impedanz in Bezug zur Masse, und die Ordinatenachse zeigt den imaginären Abschnitt der gemessenen Impedanz in Bezug zur Masse, der eine Kapazität darstellt.
Falls das CRS mit den ISOFIX-Verankerungen mechanisch verbunden und von diesen galvanisch isoliert ist, wird ein geringer Impedanzwert INS1 gemessen. Falls das CRS eine galvanische Verbindung zu den ISOFIX-Verankerungen aufweist und durch das Beifahrersitzgestell vollständig geerdet ist, wird ein hoher Impedanzwert GND1 gemessen. Die niedrigste mögliche Impedanz für eine Sitzbelegung durch einen Menschen ist durch den Impedanzwert HUM1 gezeigt. Falls der Farbüberzug der ISOFIX-Verankerungen durch häufigen Neueinbau und häufiges Entfernen des CRS entfernt wird, könnte gegebenenfalls jeder Wert zwischen den Impedanzwerten INS1 und GND1 gemessen werden. Dies ist in 6 durch gestrichelte Linien angezeigt. Eine messbare Impedanz in Bezug auf das Massepotential nimmt je mehr zu, umso besser die ISOFIX-Arme des CRS an das Massepotential angeschlossen sind. In solchen Fällen könnte eine Fähigkeit des Insassenklassifizierungssystems für einen Fahrzeugsitz, eine Sitzbelegung korrekt zu klassifizieren, beeinträchtigt werden.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Sitzinsassenklassifizierungssystem mit einer hohen funktionellen Robustheit, insbesondere ein Insassenklassifizierungssystem für einen Fahrzeugsitz, das eine korrekte Klassifizierung eines CRS, das mit dem ISOFIX-System eingebaut und elektrisch an die Fahrzeugmasse angeschlossen wird, ermöglicht, zur Verfügung zu stellen.
Außerdem ist es wünschenswert, dass die Fähigkeit eines Sitzinsassenklassifizierungssystems in Bezug auf das zuverlässige und korrekte Klassifizieren einer Sitzbelegung hochauflösende Sitzbelegungsklassen einschließt, wie ein Kind, eine 5-Prozent-Frau, eine 50-Prozent-Frau, ein 50-Prozent-Mann usw., um das Einhalten von Fahrzeuganforderungen zu erleichtern, wie die Sicherheitsprotokolle des „New Car Assessment Program (NCAP)“ (Neues Autobewertungsprogramm) von der „National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)“ (Nationale Autobahnverkehr-Sicherheitsverwaltung).
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine kapazitive Erfassungsvorrichtung für ein Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem gelöst. Die kapazitive Erfassungsvorrichtung weist einen kapazitiven Sensor, eine Impedanzmessschaltung und eine Signalverarbeitungseinheit auf.
Der kapazitive Sensor weist mindestens eine erste elektrisch leitende Antennenelektrode und mindestens eine zweite elektrisch leitende Antennenelektrode auf, die galvanisch voneinander getrennt sind. Der Begriff „galvanisch getrennt“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere dahingehend, dass er keinen elektrischen Gleichstrom (Direct Current, DC) zwischen galvanisch getrennten Objekten leitet.
Die Impedanzmessschaltung umfasst mindestens eine Signalspannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, in Bezug auf ein Massepotential ein periodisches elektrisches Messsignal an einem Ausgangsport bereitzustellen, und mindestens eine Erfassungsstrom-Messeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, komplexe Erfassungsströme in Bezug auf eine Referenzspannung zu messen.
Die Impedanzmessschaltung ist derart konfiguriert und mit dem kapazitiven Sensor elektrisch verbunden, dass sowohl die erste Antennenelektrode als auch die zweite Antennenelektrode mit dem Ausgangsport elektrisch verbindbar sind, um das elektrische Messsignal zu empfangen. Ferner ist mindestens eine der ersten und zweiten Antennenelektrode abwechselnd elektrisch mit dem Massepotential verbindbar, d. h. die mindestens eine der ersten und zweiten Antennenelektrode ist elektrisch entweder mit dem Massepotential oder mit dem Ausgangsport verbindbar.
Ein komplexer Erfassungsstrom wird in jeder der Antennenelektroden durch das bereitgestellte periodische Messsignal erzeugt, falls eine der Elektroden mit dem Ausgangsport verbunden ist.
Der in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck „elektrisch verbindbar / elektrisch verbunden“ versteht sich dahingehend, dass er galvanische elektrische Verbindungen ebenso wie betriebliche elektrische Verbindungen einschließt, die z. B. durch eine kapazitive und/oder induktive elektromagnetische Kopplung hergestellt werden, oder elektrische Verbindungen, die durch Verweisen der Antennenelektrode an Massepotential mittels Treibern, Operationsverstärkern oder dergleichen erhalten werden.
Der Begriff „dafür ausgelegt sein“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als speziell programmiert, ausgelegt, eingerichtet oder angeordnet.
Es sei hier ferner angemerkt, dass die Begriffe „erste(r/s)“ und „zweite(r/s)“ in dieser Anmeldung nur zu Unterscheidungszwecken verwendet werden und in keiner Weise eine Reihenfolge oder eine Priorität anzeigen oder vorwegnehmen sollen.
Die Signalverarbeitungseinheit ist dazu ausgelegt, mit Bezug auf das Massepotential eine komplexe Impedanz von mindestens einer der beiden Antennenelektroden aus einem gemessenen komplexen Erfassungsstrom durch die jeweilige Antennenelektrode zu bestimmen, wobei die erste Antennenelektrode mit dem Ausgangsport elektrisch verbunden ist. Nachstehend können Impedanzen mit Bezug auf Massepotential kurz als „Impedanz gegen Masse“ bezeichnet werden.
Die Signalverarbeitungseinheit ist ferner dafür ausgelegt, eine komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden aus individuell gemessenen komplexen Erfassungsströmen durch die beiden Antennenelektroden zu bestimmen, wobei eine der ersten und der zweiten Antennenelektrode mit dem Massepotential elektrisch verbunden ist. Nachstehend können diese Impedanzen kurz als „Impedanz zwischen Elektroden“ bezeichnet werden. Es ist ersichtlich, dass der Ausdruck „komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung den Wert der Impedanz bezeichnet, der durch die komplexen Erfassungsströme bestimmt wird, die aus den oder in die jeweiligen Antennenelektroden fließen. Der Fachmann wird erkennen, dass diese Erfassungsströme auch z. B. durch ein Koppeln der Elektroden an Masse beeinflusst werden, z. B. über einen Insassen des Sitzes. Es folgt, dass die „Impedanz zwischen Elektroden“ im Allgemeinen als Impedanz der komplexen Umgebung verstanden wird, die zwischen den beiden Elektroden „sichtbar“ ist.
Dann ist die Signalverarbeitungseinheit dafür ausgelegt, Ausgangssignale bereitzustellen, die für die bestimmten komplexen Impedanzen repräsentativ sind.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die vorstehend erwähnte Aufgabenstellung durch Messen einer Impedanz gegen Masse von mindestens einer der Antennenelektroden und einer Impedanz zwischen den Antennenelektroden und durch geeignetes Kombinieren der beiden gemessenen Impedanzen gelöst werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.
Auf diese Weise kann das Auftreten von Messbedingungen mit Unklarheiten betreffend die Klassifizierung der Sitzbelegungen verhindert werden, und eine kapazitive Erfassungsvorrichtung mit einer hohen funktionellen Robustheit in Bezug auf das zuverlässige und korrekte Erkennen und Klassifizieren von Sitzbelegungen mit einer hochauflösenden Leistung können bereitgestellt werden.
Anstatt des Bestimmens von komplexen Impedanzen aus gemessenen Strömen kann die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgelegt sein, ohne irgendeine Änderung des offenbarten Gegenstands der Erfindung komplexe Scheinleitwerte aus gemessenen Strömen zu bestimmen, da die realen Teile und die imaginären Teile einer komplexen Impedanz und ihr entsprechender komplexer Scheinleitwert in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung miteinander in Beziehung stehen, wie es für die Fachleute auf dem Gebiet ohne Weiteres ersichtlich ist.
Insbesondere kann die kapazitive Erfassungsvorrichtung für ein Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und -klassifizierungssystem verwendet werden. Der Begriff „Fahrzeug“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, soll insbesondere so verstanden werden, dass er Personenkraftwagen, LKWs und Busse umfasst.
Vorzugsweise sind die erste Antennenelektrode und die zweite Antennenelektrode derart angeordnet, dass sie in erster Linie distinkte Abschnitte eines Sitzpolsters eines Sitzes bedecken. Zum Beispiel kann die erste Antennenelektrode so angeordnet sein, dass sie einen Mittelbereich eines Sitzpolsters bedeckt, und die zweite Antennenelektrode kann so angeordnet sein, dass sie mindestens einen Seitenbereich des Sitzpolsters zumindest teilweise bedeckt. Die zweite Antennenelektrode kann auch zwei Elektrodenelemente umfassen, die galvanisch miteinander verbunden sind. Jedes Elektrodenelement bedeckt vorzugsweise einen Seitenbereich des Sitzpolsters, sodass die erste Antennenelektrode zwischen den beiden Elektrodenelementen der zweiten Antennenelektrode angeordnet ist. Die erste Antennenelektrode und die zweite Antennenelektrode können ebenso nebeneinander angeordnet sein, sodass jede Antennenelektrode einen Seitenbereich des Sitzpolsters und einen angrenzenden Abschnitt des Mittelbereichs des Sitzpolsters bedeckt.
Es ist ersichtlich, dass die kapazitive Erfassungsvorrichtung eine Signalspannungsquelle und eine Erfassungsstrom-Messeinrichtung pro Antennenelektrode umfassen kann, d. h. dass jede Antennenelektrode eine dedizierte Signalspannungsquelle und eine betrieblich zugeordnete Erfassungsstrom-Messeinrichtung aufweist. Beim Messen im Lademodus, d. h. beim Bestimmen, in Bezug auf das Massepotential, einer komplexen Impedanz der Antennenelektroden, erzeugen beide Signalspannungsquellen das gleiche Signal (phasengleich synchronisiert und mit der gleichen Größe). Jede Erfassungsstrom-Messeinrichtung misst den Wert des Stroms, der von ihrer eigenen Elektrode zur Fahrzeugmasse (GND) fließt.
Beim Messen im Kopplungsmodus, d. h. beim Bestimmen der komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden, erzeugt die Signalspannungsquelle der ersten Elektrodenantenne ein Signal und die Signalspannungsquelle der zweiten Elektrodenantenne wird auf 0 gestellt. Der Strommesser der ersten Elektrode misst den übertragenen Strom. Die Erfassungsstrom-Messeinrichtung der zweiten Elektrode misst den empfangenen Strom. Es sei angemerkt, dass während der Messung im Kopplungsmodus die zweite Elektrode durch aktives Verweisen des dieser Elektrode zugeordneten Treibers oder Signalgenerators an Massepotential an Masse angeschlossen werden kann. Die komplexen Erfassungsströme, die in Masse fließen, können dann vorzugsweise durch Messen des Stroms im Treiber oder Signalgenerator gemessen werden, der erforderlich ist, um die Antenne an Masse zu verweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Phasenbeziehung in Bezug auf das periodische elektrische Messsignal bekannt sein wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem, insbesondere ein Fahrzeug-Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem, erreicht, das eine kapazitive Erfassungsvorrichtung wie hier offenbart aufweist, wobei der kapazitive Sensor derart elektrisch mit der Impedanzmessschaltung verbunden ist, dass ein einzelner komplexer Erfassungsstrom durch irgendeine Antennenelektrode der beiden Antennenelektroden durch die Impedanzmessschaltung messbar ist.
Das Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem umfasst ferner eine Steuer- und Auswerteeinheit, die dazu ausgelegt ist,

- die Ausgangssignale zu empfangen, die von der Signalverarbeitungseinheit bereitgestellt werden,
- eine neue komplexe Impedanz in Bezug auf das Massepotential zu berechnen, und zwar unter Verwendung der bestimmten komplexen Impedanz in Bezug auf das Massepotential von mindestens einer der beiden Antennenelektroden und der bestimmten komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden,
- die berechnete neue komplexe Impedanz mit mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen und
- beruhend auf dem Ergebnis des Vergleichs eine Sitzbelegungsklasse zu bestimmen.

Durch Messen einer Impedanz gegen Masse von einer der Antennenelektroden und einer Impedanz zwischen Elektroden und durch geeignetes Kombinieren der beiden kann ein kapazitives Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem mit einer hohen funktionellen Robustheit in Bezug auf das zuverlässige und korrekte Erkennen und Klassifizieren von Sitzbelegungen mit einer hochauflösenden Leistung bereitgestellt werden.
Bei manchen Ausführungsformen des Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems ist der kapazitive Sensor elektrisch mit der Impedanzmessschaltung verbindbar, sodass die erste Antennenelektrode abwechselnd elektrisch mit dem Massepotential und dem Ausgangsport verbindbar ist. Auf diese Weise kann eine automatische Messung der Impedanz gegen Masse von einer der Antennenelektroden und der Impedanz zwischen den Elektroden auf zuverlässige Weise erleichtert werden.
Bei manchen Ausführungsformen des Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems ist die kapazitive Erfassungsvorrichtung dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung der ersten Antennenelektrode periodisch zu ändern, und zwar von dem Zustand, in dem sie mit dem Massepotential elektrisch verbunden ist, zu dem Zustand, in dem sie für eine vorbestimmte Zeitspanne mit dem Ausgangsport elektrisch verbunden ist, und nach Ablauf der Zeitspanne wieder zurück zu dem Zustand, in dem sie mit dem Massepotential elektrisch verbunden ist. Wenn ein geeigneter vorbestimmter Zeitraum ausgewählt ist, kann ein quasi kontinuierlicher Betrieb des Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems mit nahezu keiner Einschränkung betreffend eine betriebliche Verfügbarkeit erfolgen.
Der Fachmann wird erkennen, dass das Schalten der elektrischen Verbindung einer Antenne zwischen dem Massepotential und dem Ausgangsport durch jede geeignete Schalteinrichtung erreicht werden kann, wie z. B. durch ein ferngesteuertes Schalterelement. Es versteht sich ferner, dass das Einrichten der Verbindung indirekt oder „logisch“ durch Zuführen eines geeigneten Referenzsignals an den Referenzeingang eines Transimpedanzverstärkers erreicht werden kann, der zum Bestimmen des in die jeweilige Antennenelektrode fließenden Stroms verwendet wird. Dieser „Schaltbetrieb“ erfolgt vorzugsweise in einer zugeordneten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit). Das Einrichten der erforderlichen Verbindungen wird vorzugsweise durch einen Mikrokontroller gesteuert, der z. B. in der ASIC enthalten ist.
Es ist ersichtlich, dass der kapazitive Sensor vorzugsweise elektrisch derart mit der Impedanzmessschaltung verbindbar ist, dass auch die zweite Antennenelektrode abwechselnd elektrisch mit dem Massepotential und dem Ausgangsport verbindbar ist. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Impedanz zwischen den Elektroden in beide Richtungen bestimmt werden, d. h. von der ersten Antenne zur zweiten Antenne und von der zweiten Antenne zur ersten Antenne. Das Ausführen von zwei Messungen im Kopplungsmodus in verschiedene Richtungen kann dazu beitragen, parasitäre Wirkungen z. B. auf Grund einer zusätzlichen Massekopplung einer der Elektroden oder auf Grund von unterschiedlich großen Elektroden zu eliminieren.
Bei manchen Ausführungsformen des kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems ist die Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgelegt, ein Klassifizierungsausgangssignal zu erzeugen, das die bestimmte Sitzbelegungsklasse angibt. Das Klassifizierungsausgangssignal der Steuer- und Auswerteeinheit kann vorteilhafterweise an eine elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs übertragen werden, um zum Beispiel als Basis für eine Entscheidung zu dienen, ein Airbagsystem für den Fahrzeugsitz zu entfalten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines der offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssysteme gelöst.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen des periodischen elektrischen Messsignals für mindestens eine der Antennenelektroden, indem sie mit dem Ausgangsport verbunden wird,
- Bestimmen einer komplexen Impedanz in Bezug zur Masse von mindestens einer der beiden Antennenelektroden aus einem komplexen Erfassungsstrom, der in der jeweiligen Antennenelektrode als Reaktion auf das bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird,
- Bestimmen einer komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden aus gemessenen einzelnen komplexen Erfassungsströmen durch die beiden Antennenelektroden, wenn die zweite Antennenelektrode mit dem Massepotential elektrisch verbunden ist,
- Berechnen einer neuen komplexen Impedanz in Bezug auf das Massepotential (neue „komplexe Impedanz gegen Masse“) unter Verwendung einer der mindestens einen bestimmten komplexen Impedanzen in Bezug auf das Massepotential und der bestimmten komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden,
- Vergleichen der neuen komplexen Impedanz gegen Masse mit mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert, und
- Bestimmen einer Sitzbelegungsklasse für die berechnete neue komplexe Impedanz in Bezug auf Masse in Abhängigkeit von einer Relation zwischen der berechneten neuen komplexen Impedanz in Bezug auf Masse und dem mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert.

Die im Zusammenhang mit dem kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem beschriebenen Vorteilen gelten vollumfänglich für das offenbarte Verfahren.
Die Relation zwischen der bestimmten komplexen Impedanz gegen Masse und dem mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert für komplexe Impedanzen gegen Masse kann eine von „größer als“, „geringer als“ oder „gleich“ sein. Die Relation kann auch einen konstanten Faktor umfassen, wie zum Beispiel „größer als das 1,2-fache“.
In manchen Ausführungsformen können die Verfahrensschritte automatisch und periodisch ausgeführt werden.
In einer möglichen Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens einer zusätzlichen komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden aus gemessenen einzelnen komplexen Erfassungsströmen durch die beiden Antennenelektroden, wenn die erste Antennenelektrode mit dem Ausgangsport elektrisch verbunden ist und die zweite Antennenelektrode mit dem Massepotential elektrisch verbunden ist, und
wobei der Schritt des Berechnens einer neuen komplexen Impedanz in Bezug auf das Massepotential das Verwenden von

- einer der mindestens einen bestimmten komplexen Impedanzen in Bezug auf das Massepotential, und
- der bestimmten komplexen Impedanz und der zusätzlichen komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden

Wie vorstehend erläutert wurde, kann das Ausführen von zwei Messungen im Kopplungsmodus in verschiedene Richtungen dazu beitragen, parasitäre Wirkungen z. B. auf Grund einer zusätzlichen Massekopplung einer der Elektroden oder auf Grund von unterschiedlich großen Elektroden zu eliminieren.
Bei manchen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst der Schritt des Berechnens der neuen komplexen Impedanz eine Berechnung gemäß
neue komplexe Impedanz ist gleich bestimmte komplexe Impedanz in Bezug auf das Massepotential mal Skalierfaktor plus bestimmte komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden.
Der Skalierfaktor muss je nach der Konfiguration des Antennensystems auf geeignete Weise gewählt werden. Bei symmetrischen Antennenelektroden wird der Skalierfaktor vorzugsweise so ausgewählt, dass er gleich oder nahe 0,5 ist.
Wie anhand von 6 beschrieben worden ist, könnte jeder Wert zwischen den Werten INS1 und GND1 gegebenenfalls als Impedanz gegen Masse gemessen werden, falls die Farbe der ISOFIX-Verankerungen durch häufigen erneuten Einbau und häufiges Entfernen des CRS entfernt wird, was die Fähigkeit eines Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und -klassifizierungssystem, eine Sitzbelegung korrekt zu klassifizieren, beeinträchtigt.
Ein ähnliches Verhalten gilt für die Messung der Impedanz zwischen Elektroden, was in 7 veranschaulicht ist, die der gleichen Darstellung wie in 6 folgt. Falls das CRS mit den ISOFIX-Verankerungen mechanisch verbunden und von diesen galvanisch isoliert ist, wird ein hoher Impedanzwert INS2 gemessen. Falls das CRS eine direkte Verbindung zu den ISOFIX-Verankerungen aufweist und durch das Beifahrersitzgestell vollständig geerdet ist, wird ein geringer Impedanzwert GND2 gemessen. Die niedrigste mögliche Impedanz für eine Sitzbelegungsposition durch einen Menschen ist durch den Impedanzwert HUM2 gezeigt. Falls der Farbüberzug der ISOFIX-Verankerungen durch häufigen Neueinbau und häufiges Entfernen des CRS entfernt wird, könnte gegebenenfalls jeder Wert zwischen den Impedanzwerten INS2 und GND2 gemessen werden. Dies ist in 7 durch gestrichelte Linien angezeigt. Eine messbare Impedanz zwischen Elektroden nimmt umso mehr ab, desto besser die ISOFIX-Arme des CRS mit Masse verbunden sind.
Das vorgeschlagene Verfahren beruht auf der empirischen Erkenntnis, dass die Auswirkung der sich ändernden Erdungsbedingung des CRS auf die Messung der Impedanz zwischen Elektroden stets zeichenverkehrt ist, und im Falle von symmetrischen Antennenelektroden beträgt die Auswirkung auf die Messung der Impedanz gegen Masse etwa die Hälfte.
Durch Kombinieren beider gemessener Impedanzen auf die offenbarte Weise ist die sich ergebende neue komplexe Impedanz gegen Masse völlig unabhängig von einer Verbindung von einem Objekt zur Masse und ermöglicht somit eine Erfassung und Klassifizierung des CRS unabhängig von seiner Erdungsbedingung.
In einem Zwei-Elektroden-System umfasst das Verfahren vorzugsweise das Ausführen von drei Messungen:

- Messung im Lademodus: beide Antennenelektroden werden von sinusförmigen Erregungssignalen angetrieben - phasengleiche Signale mit der gleichen Amplitude. Man misst einen Strom oder mindestens ein Signal, das für den Strom steht, der aus der Antennenelektrode in die unbekannte Last fließt (= unbekanntes Impedanznetz). Der Strom wird auf das Erregungssignal verwiesen.

- Messung im Kopplungsmodus 1 (z. B. Elektrode von links nach rechts / von innen nach außen): Elektrode 1 ist mit dem sinusförmigen Erregungssignal verbunden (z. B. durch Zuführen des sinusförmigen Signals an den Referenzeingang eines Transimpedanzverstärkers, der mit der Elektrode 1 verbunden ist). Elektrode 2 ist „aktiv geerdet“ (z. B. durch Wirkverbindung des Referenzeingangs des Transimpedanzverstärkers, der mit der Elektrode 2 gegen Masse verbunden ist). Die jeweiligen Messungen umfassen den „aus“ der Elektrode 1 fließenden Strom und den „in“ die Elektrode 2 fließenden Strom.
- Messung im Kopplungsmodus 2 (z. B. Elektrode von rechts nach links / von außen nach innen): Elektrode 2 ist mit dem sinusförmigen Erregungssignal verbunden (z. B. durch Zuführen des sinusförmigen Signals an den Referenzeingang eines Transimpedanzverstärkers, der mit der Elektrode 2 verbunden ist). Elektrode 1 ist „aktiv geerdet“ (z. B. durch Wirkverbindung des Referenzeingangs des Transimpedanzverstärkers, der mit der Elektrode 1 gegen Masse verbunden ist). Die jeweiligen Messungen umfassen den „aus“ der Elektrode 2 fließenden Strom und den „in“ die Elektrode 1 fließenden Strom.

Das Verfahren verwendet dann ferner die Ströme zum Berechnen von Impedanzwerten für die Komponenten in einem Modell, das wir als eine vereinfachte Darstellung der Kopplungswege in der realen Welt bezeichnen.
Daher umfasst in manchen Ausführungsformen des Verfahrens, wobei der Schritt des Bestimmens einer komplexen Impedanz gegen Masse für beide der zwei Antennenelektroden durchgeführt wird und der Schritt des Bestimmens der komplexen Impedanz der beiden Antennenelektroden in beide Richtungen durchgeführt wird, d. h. von der ersten Antennenelektrode zur zweiten Antennenelektrode und von der zweiten Antennenelektrode zur ersten Antennenelektrode, der Schritt des Berechnens der neuen komplexen Impedanz eine Berechnung gemäß Formel (2) $\frac{Z_{O G}}{U} = \frac{(2 \times I_{r x S 1 - S 2} - I_{t x S 1 - S 2}) \times I_{r x S 2 - S 1} - I_{t x S 2 - S 1} \times I_{r x S 1 - S 2}}{(I_{t x_S 1} + I_{t x_S 2}) \times (I_{r x S 1 - S 2} \times I_{r x S 2 - S 1} - I_{t x S 1 - S 2} \times I_{t x S 2 - S 1})}$
wobei folgende Notation gilt (i, j = 1,2)

I_{tx_Si}: gemessener komplexer Erfassungsstrom in der i-ten Antennenelektrode bei Bestimmung der komplexen Impedanz in Bezug zur Masse, wenn die Antennenelektrode Si zum Empfangen des periodischen elektrischen Messsignals mit dem Ausgangsport verbunden ist (d. h. wenn die Antennenelektrode Si als Sendeelektrode T_x wirkt),
I_txSi-Sj; komplexer Erfassungsstrom, der aus der Antennenelektrode Si abfließt, wenn die Antennenelektrode Si zum Empfangen des periodischen elektrischen Messsignals mit dem Ausgangsport verbunden ist (d. h. wenn die Antennenelektrode Si als Sendeelektrode T_x wirkt) und die Elektrode Sj mit Masse verbunden ist, und
I_rxSi-Sj- komplexer Erfassungsstrom, der in die Antennenelektrode Sj fließt, wenn die Antennenelektrode Sj mit Masse verbunden ist (d. h. wenn die Antennenelektrode Sj als Empfängerelektrode R_x wirkt) und die Elektrode Si zum Empfangen des periodischen elektrischen Messsignals mit dem Ausgangsport verbunden ist.

Das vorstehend erwähnte Verfahren beruht auf dem Modell, dass wir uns bei einer Messung im Kopplungsmodus (siehe auch 5) darauf beziehen, dass die Antennenelektrode mit dem Signalgenerator als TX-Elektrode verbunden ist und die Elektrode „virtuell“ mit GND als RX-Elektrode verbunden ist. Wir definieren ferner, dass ein Strom stets vom Generator zur GND fließt. Es folgt, dass I_txSi-Sj den Strom darstellt, der aus der TX-Elektrode/Generator abfließt (daher I_tx...), wenn (Elektrode Si ist mit Generator/Tx verbunden) UND (Elektrode Sj ist mit gnd/Rx verbunden) mit der zugrundeliegenden Logik, dass der Strom von Tx zu Rx fließt.
Ebenso stellt I_rxSi-Sj den Strom dar, der in die Rx-Elektrode/Generator fließt (daher I_rx...), wenn (Elektrode ist mit dem Generator verbunden / Tx = Si) UND (Elektrode ist mit gnd verbunden / Rx = Sj)...Logik: Strom fließt Tx->Rx
Gemäß den vorstehenden Erklärungen haben wir vorzugsweise zwei Kopplungsmodi, in denen jeweils die Funktionen der Elektroden definiert sind (Rx oder Tx) und in denen ein Tx- und ein Rx-Strom gemessen werden können.

- Kopplungsmodus 1: $ltxS1 - S2 Strom aus 1, wenn 1 = Tx UND 2 = Rx$
$lRxS1 - S2 Strom in 2, wenn 1 = Tx UND 2 = Rx$
- Kopplungsmodus 2: $ltxS1 - S2 Strom aus 2, wenn 2 = Tx UND 1 = Rx$
$lRxS2 - S1 Strom in 1, wenn 2 = Tx UND 1 = Rx$

Eine schematische Konfiguration von elektrischen Feldern an den Antennenelektroden des Sitzbelegungserfassungs- undklassifizierungssystems während einer Messung einer Impedanz gegen Masse von jeder der beiden Antennenelektroden 18, 20 ist in 2 angegeben. Ein äquivalenter Stromkreis für eine Messung einer Impedanz gegen Masse von jeder der beiden Antennenelektroden ist in 3 angegeben. Wie gezeigt ist, ist die erste Antennenelektrode 18 mit dem Ausgangsport der Signalspannungsquelle verbunden, die ein periodisches elektrisches Messsignal mit Bezug auf ein Massepotential 38 am Ausgangsport bereitstellt. In einer ersten elektrischen Schleife misst die Erfassungsstrom-Messeinrichtung den Strom I_{tx_S1} durch die erste Antennenelektrode 18. In einer zweiten elektrischen Schleife misst die Erfassungsstrom-Messeinrichtung den Strom I_{tx_S2} durch die zweite Antennenelektrode 20.
Aus dem äquivalenten Stromkreis erhält man $\frac{U}{I_{t x_S 1} + I_{t x_S 2}} = \frac{Z_{S 1 - O} * Z_{S 2 - O}}{Z_{S 1 - O} + Z_{S 2 - 0}} + Z_{O G}$
Die Impedanzen vom Sensor zum Objekt Z_S1-O und Z_S2-O sind in erster Linie durch den Leitwert des Objekts, den Abstand des Objekts zur Antennenelektrode und die Oberfläche der Antennenelektrode, die das Objekt bedeckt, definiert. Der Leitwert aller menschlicher Objekte ist ziemlich ähnlich. Der Abstand definiert sich in erster Linie durch eine Dicke einer Verkleidung, die auf dem Fahrzeugsitz verwendet wird, und eine Dicke der Kleidung des Objekts. Die Oberfläche der Antennenelektrode, die das Objekt bedeckt, ist bei den verschiedenen Arten von menschlichen Objekten ähnlich. Die Impedanz vom Objekt zur Masse Z_OG definiert sich in erster Linie durch einen Abstand des Objekts zur Masse und durch ein Volumen des Objekts. Die Impedanzen vom Sensor zum Objekt Z_S1-O und Z_S2-O und die Impedanz des Objekts zur Masse Z_OG haben die gleiche Größe.
Eine schematische Konfiguration von elektrischen Feldern an den Antennenelektroden des Sitzbelegungserfassungs- undklassifizierungssystems während einer Messung einer Impedanz zwischen Antennenelektroden 18, 20 ist in 4 angegeben. Ein äquivalenter Stromkreis für eine Messung einer Impedanz zwischen Elektroden ist in 5 für eine Richtung der Messung im Kopplungsmodus angegeben, wobei die Antennenelektrode S2 mit der Signalspannungsquelle verbunden ist und die Antennenelektrode S1 mit Masse verbunden ist. Wie gezeigt ist, ist die erste Antennenelektrode 18 mit dem Massepotential 38 verbunden. In der zweiten elektrischen Schleife misst die Erfassungsstrom-Messeinrichtung den Strom I_{tx_S2-S1} durch die zweite Antennenelektrode 20. In der anderen elektrischen Schleife misst die Erfassungsstrom-Messeinrichtung den Strom I_{rx_S2-S1} durch die erste Antennenelektrode 18.
Aus dem äquivalenten Stromkreis erhält man $Z_{O G} * (I_{t x S 2 - S 1} - I_{r x S 2 - S 1}) = Z_{S 1} * I_{r x S 2 - S 1}$
5 zeigt die Messung im Kopplungsmodus nur für eine Richtung, wobei die Antennenelektrode S2 mit der Signalspannungsquelle und die Antennenelektrode S1 mit Masse verbunden ist. Der Fachmann wird erkennen, dass die Messung im Kopplungsmodus in die andere Richtung, d. h., wenn die Antennenelektrode S1 mit der Signalspannungsquelle verbunden ist und die Antennenelektrode S2 mit Masse verbunden ist, ähnlich ist.
Durch Messen der Impedanz gegen Masse und der Impedanzen zwischen Elektroden kann der Einfluss der Impedanzen vom Sensor zum Objekt Z_S1-O und Z_S2-O vollständig eliminiert werden, und die Impedanz vom Objekt zur Masse Z_OG kann durch die offenbarte Formel (2) direkt als die neue komplexe Impedanz berechnet werden.
Die Impedanz vom Objekt zur Masse Z_OG ist eng mit dem Volumen des leitfähigen Objekts auf dem Sitz verknüpft. Auf diese Weise kann eine hochauflösende Sitzbelegungsklassifizierung für das Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem erreicht werden.
Durch Kombinieren mit der vorstehend erwähnten Ausführung der ersten und der zweiten Antennenelektrode, die so angeordnet sind, dass sie in erster Linie distinkte Abschnitte eines Sitzpolsters eines Sitzes in einer Richtung senkrecht zum Sitzpolster bedecken, kann eine sogar noch höhere Auflösung für eine Sitzbelegungsklassifizierung erreicht werden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Softwaremodul zur Steuerung eines automatischen Ausführens von Schritten einer Ausführungsform des hier offenbarten Verfahrens vorgesehen.
Die auszuführenden Verfahrensschritte werden in einen Programmcode des Softwaremoduls umgewandelt, wobei der Programmcode in einer digitalen Datenspeichereinheit des kapazitiven Fahrzeugsitz-Belegungserfassungs- und -klassifizierungssystems implementierbar und von einer Prozessoreinheit des kapazitiven Fahrzeugsitz-Belegungserfassungs- und -klassifizierungssystems ausführbar ist. Vorzugsweise kann die digitale Datenspeichereinheit und/oder Prozessoreinheit eine digitale Datenspeichereinheit und/oder eine Verarbeitungseinheit der Auswerteeinheit des kapazitiven Fahrzeugsitz-Belegungserfassungs- und -klassifizierungssystems sein. Die Prozessoreinheit kann, alternativ oder ergänzend, eine andere Prozessoreinheit sein, die insbesondere so zugeordnet ist, dass sie mindestens einige der Verfahrensschritte ausführt.
Das Softwaremodul kann eine robuste und zuverlässige Ausführung des Verfahrens ermöglichen und eine schnelle Modifikation von Verfahrensschritten gestatten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Sitz, insbesondere ein Fahrzeugsitz, mit einem installierten kapazitiven Sitzinsassenerfassungs- und -klassifizierungssystem wie hier offenbart vorgesehen. Der Sitz umfasst ein Sitzpolster mit mindestens einem Sitzschaumstoffelement und einer Sitzbasis, die dazu ausgelegt ist, zumindest einen Abschnitt des Sitzpolsters aufzunehmen. Die Sitzbasis und das Sitzpolster sind zum Abstützen eines Gesäßes eines Sitzinsassen vorgesehen. Der Sitz weist ferner eine Rückenlehne auf, die dazu vorgesehen ist, einen Rückenbereich des Sitzinsassen abzustützen. Der kapazitive Sensor ist an mindestens einem von dem Sitzpolster und der Rückenlehne angeordnet.
Auf diese Weise kann ein Sitz, insbesondere ein Fahrzeugsitz, mit einer robusten und zuverlässigen hochauflösenden Sitzbelegungserfassung und -klassifizierung bereitgestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Sitzes ist mindestens eine von der ersten Antennenelektrode und der zweiten Antennenelektrode durch ein elektrisches Sitzheizelement gebildet, das in dem Sitz eingebaut ist. Diese Ausführungsform kombiniert den Vorteil einer robusten und zuverlässigen hochauflösenden Sitzbelegungserfassung- und -klassifizierung mit dem Vorteil der Einsparung von Hardware.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

1 schematisch einen Fahrzeugsitz in einer Seitenansicht mit einer eingebauten Ausführungsform eines Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems gemäß der Erfindung veranschaulicht;
2 schematisch eine Konfiguration von elektrischen Feldern an den Antennenelektroden des Sitzbelegungserfassungs- undklassifizierungssystems gemäß 1 während der Messung der Impedanz gegen Masse in einer Seitenansicht des Fahrzeugsitzes veranschaulicht;
3 schematisch einen äquivalenten Stromkreis der Antennenelektroden und der Impedanzmessschaltung des Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems gemäß 1 während der Messung der Impedanz gegen Masse zeigt;
4 schematisch eine Konfiguration von elektrischen Feldern an den Antennenelektroden des Sitzbelegungserfassungs- undklassifizierungssystems gemäß 1 während der Messung der Impedanz zwischen Elektroden in einer Seitenansicht des Fahrzeugsitzes veranschaulicht;
5 schematisch einen äquivalenten Stromkreis der Antennenelektroden und der Impedanzmessschaltung des Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems gemäß 1 während der Messung der Impedanz zwischen Elektroden zeigt;
6 schematisch mögliche messbare Impedanzen gegen Masse für verschiedene Erdungsbedingungen eines in dem Fahrzeugsitz gemäß 1 eingebauten CRS veranschaulicht;
7 schematisch mögliche messbare Impedanzen zwischen Elektroden für verschiedene Erdungsbedingungen eines in dem Fahrzeugsitz gemäß 1 eingebauten CRS veranschaulicht; und
8 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Betreiben des Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems gemäß 1 ist.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Sitzes 30, der als Fahrzeugsitz ausgebildet ist, umfassend ein kapazitives Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem 10 gemäß der Erfindung. Der Fahrzeugsitz ist als Sitz eines Personenkraftwagens gestaltet und umfasst eine (nicht gezeigte) Sitzstruktur, durch die er auf einem Fahrgastraumboden des Personenkraftwagens errichtet ist, wie es auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist.
Der Sitz 30 umfasst ferner eine Sitzbasis 32, die von der Sitzstruktur getragen wird und dafür ausgelegt ist, ein Sitzpolster 34 aufzunehmen, um einem Sitzinsassen Komfort zu bieten. Das Sitzpolster 34 des Fahrzeugsitzes umfasst ein Sitzschaumstoffelement und einen Stoffüberzug, der in 1 weggelassen ist. Die Sitzbasis 32 und das Sitzpolster 34 sind zum Abstützen eines Gesäßes des Sitzinsassen vorgesehen. Eine Rückenlehne 36 des Sitzes 30 ist wie üblich zum Abstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen.
Das Fahrzeugsitz-Insassenerfassungs- und -klassifizierungssystem 10 umfasst einen kapazitiven Sensor 16, eine kapazitive Erfassungsvorrichtung 12 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 26. Der kapazitive Sensor 16 befindet sich auf der A-Fläche des Sitzpolsters 34 unterhalb des Stoffüberzugs. Die kapazitive Erfassungsvorrichtung 12 und die Steuer- und Auswerteeinheit 26 sind in dem Fahrzeug vom Fahrzeugsitz entfernt installiert. Ein Ausgangsport der Steuer- und Auswerteeinheit 26 ist mit einer Airbag-Steuereinheit 46 verbunden. Die kapazitive Erfassungsvorrichtung 12 umfasst eine Impedanzmessschaltung 14 und eine Signalverarbeitungseinheit 22.
Die Impedanzmessschaltung 14 umfasst eine Signalspannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, in Bezug auf ein Massepotential 38 ein periodisches elektrisches Messsignal an einem Ausgangsport bereitzustellen, und eine Erfassungsstrom-Messeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, komplexe Erfassungsströme in Bezug auf eine Referenzspannung zu messen. Die Erfassungsstrom-Messeinrichtung kann als Transimpedanzverstärker ausgebildet sein, von denen jeder mit einer Erfassungsantennenelektrode verbunden ist und der einen Strom, der in die Erfassungsantennenelektrode fließt, in eine Spannung umwandelt, die proportional zu dem Strom ist, der in die Erfassungsantennenelektrode fließt. Im Prinzip könnte jede andere Erfassungsstrom-Messeinrichtung eingesetzt werden, die den Fachleuten als geeignet erscheint.
Der kapazitive Sensor 16 umfasst eine erste elektrisch leitende Antennenelektrode 18 (nachstehend auch als „erste Antennenelektrode“ bezeichnet) und eine zweite elektrisch leitende Antennenelektrode 20 (nachstehend auch als „zweite Antennenelektrode“ bezeichnet), die in erster Linie horizontal nahe der A-Fläche des Sitzpolsters 34 angeordnet und voneinander galvanisch getrennt sind.
Die erste Antennenelektrode 18 hat eine im Allgemeinen rechteckige Form und bedeckt einen mittleren Abschnitt des Sitzpolsters 34 in einer Richtung senkrecht zum Sitzpolster 34. Die zweite Antennenelektrode 20 umfasst zwei Elektrodenelemente, die galvanisch miteinander verbunden sind. Jedes Elektrodenelement hat eine im Allgemeinen rechteckige Form und bedeckt einen der Seitenbereiche des Sitzpolsters 34, sodass die erste Antennenelektrode 18 zwischen den beiden Elektrodenelementen der zweiten Antennenelektrode 20 beabstandet in einer Richtung senkrecht zur normalen Sitzrichtung angeordnet ist.
In einer möglichen Ausführungsform können die erste Antennenelektrode 18 und die zweite Antennenelektrode 20 aus einer dünnen leitfähigen Folie gefertigt sein, z. B. aus Aluminium. Alternativ können sie aus einem mit Aluminium bedampften Kunststoffmaterial, wie Polyethylenterephthalat (PET), hergestellt sein. Die Impedanzmessschaltung 14 ist elektrisch mit dem kapazitiven Sensor 16 verbunden, sodass die erste Antennenelektrode 18 elektrisch über ein steuerbares Schaltelement (nicht gezeigt) entweder mit dem Massepotential 38 oder dem Ausgangsport verbindbar ist. Die zweite Antennenelektrode 20 ist zum Empfangen des elektrischen Messsignals permanent elektrisch mit dem Ausgangsport verbunden.
In dieser gezeigten Ausführungsform sind beide Antennenelektroden 18, 20 aus einer dünnen leitfähigen Folie gefertigt oder als gedruckte leitfähige Patches auf einer geeigneten, isolierenden Trägerfolie vorgesehen. In einer alternativen Ausführungsform ist nur die erste Antennenelektrode 18 aus einer dünnen leitfähigen Folie gefertigt oder als gedruckte leitfähige Patches auf einer geeigneten, isolierenden Trägerfolie vorgesehen, während die zweite Antennenelektrode 20 durch ein elektrisches Sitzheizelement gebildet ist, das im Fahrzeugsitz eingebaut ist, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist. Das Arbeitsprinzip des hier offenbarten kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems 10 gilt auch für eine solche alternative Ausführungsform.
Die komplexen Erfassungsströme, die von der Strommesseinrichtung der Impedanzmessschaltung 14 einzeln zu erfassen sind, werden in der zweiten elektrisch leitenden Antennenelektrode 20 und, bei Verbindung mit dem Ausgangsport, in der ersten elektrisch leitenden Antennenelektrode 18 durch das bereitgestellte periodische Messsignal erzeugt, d. h. der reguläre Betriebsmodus des kapazitiven Sensors 16 ist der Lademodus.
Die Signalverarbeitungseinheit 22 ist dazu ausgelegt, komplexe Impedanzen von den einzeln gemessenen komplexen Erfassungsströmen durch die zweite Antennenelektrode 20 und, bei Verbindung mit dem Ausgangsport, durch die erste elektrisch leitende Antennenelektrode 18 mit Bezug auf das Massepotential 38 zu bestimmen („Impedanz gegen Masse“). Ferner ist die Signalverarbeitungseinheit 22 dazu ausgelegt, eine komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden 18, 20 aus gemessenen individuellen komplexen Erfassungsströmen durch die beiden Antennenelektroden 18, 20 zu messen („Impedanz zwischen Elektroden“). Außerdem ist die Signalverarbeitungseinheit 22 dazu ausgelegt, Ausgangssignale 24 bereitzustellen, die für die bestimmten komplexen Impedanzen repräsentativ sind.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ist dazu ausgelegt, die Ausgangssignale 24, die von der Signalverarbeitungseinheit 22 bereitgestellt werden, zu empfangen und eine neue komplexe Impedanz gegen Masse unter Verwendung der bestimmten komplexen Impedanz gegen Masse von mindestens einer von der ersten Antennenelektrode 18 und der zweiten Antennenelektrode 20 und der bestimmten komplexen Impedanz zwischen Elektroden zu berechnen.
Ferner ist die Steuer- und Auswerteeinheit 26 dazu ausgelegt, die berechnete neue komplexe Impedanz mit mehreren vorbestimmten Schwellenwerten zu vergleichen. Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ist dazu ausgelegt, beruhend auf dem Ergebnis des Vergleichs eine Sitzbelegungsklasse zu bestimmen.
Nachstehend wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und - klassifizierungssystems 10 gemäß 1 beschrieben. Ein Ablaufdiagramm des Verfahrens ist in 8 angegeben. Bei der Vorbereitung der Verwendung des kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems 10 versteht sich, dass sich alle betroffenen Einheiten und Vorrichtungen in einem betriebsbereiten Zustand befinden und wie in 1 veranschaulicht ausgelegt sind.
Um in der Lage zu sein, das Verfahren auszuführen, weist die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ein Softwaremodul 44 auf. Die auszuführenden Verfahrensschritte werden in einen Programmcode des Softwaremoduls 44 umgewandelt. Der Programmcode ist in einer digitalen Datenspeichereinheit 40 der Steuer- und Auswerteeinheit 26 implementiert und von einer Prozessoreinheit 42 der Steuer- und Auswerteeinheit 26 ausführbar. Alternativ kann das Softwaremodul 44 auch in einer Steuereinheit des Fahrzeugs angeordnet und von dieser ausführbar sein, zum Beispiel die Airbag-Steuereinheit 46, und es würden eingerichtete Datenkommunikationsmittel zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit 26 und der Airbag-Steuereinheit 46 des Fahrzeugs zum Ermöglichen einer gegenseitigen Datenübertragung verwendet.
Mit Bezug auf 8 wird in einem ersten Schritt 48 des Verfahrens das periodische elektrische Messsignal der ersten Antennenelektrode 18 und der zweiten Antennenelektrode 20 des kapazitiven Sensors 16 bereitgestellt. Diese Konfiguration ist durch den in 3 gezeigten äquivalenten Stromkreis veranschaulicht. Dann werden in einem weiteren Schritt 50 eine komplexe Impedanz gegen Masse der ersten Antennenelektrode aus einem komplexen Erfassungsstrom I_{tx_S1} , der in der ersten Antennenelektrode 18 in Reaktion auf das bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird, und eine komplexe Impedanz gegen Masse der zweiten Antennenelektrode 20 aus einem komplexen Erfassungsstrom I_{tx_S2} , der in der zweiten Antennenelektrode 18 erzeugt wird, bestimmt.
In einem nächsten Schritt 52 des Verfahrens wird das periodische elektrische Messsignal der zweiten Antennenelektrode 20 bereitgestellt, wird die erste Antennenelektrode 18 mit dem Massepotential 38 verbunden und werden die jeweiligen Erfassungsströme I_txS2-S1 und I_rxS2-S1 gemessen. Diese Konfiguration ist durch den in 5 gezeigten äquivalenten Stromkreis veranschaulicht. Es sei angemerkt, dass in 5 Z _S2-O die Impedanz vom Sensor zum Objekt in Bezug auf die Antennenelektrode S2 bezeichnet, Z_S1-O die Impedanz vom Sensor zum Objekt in Bezug auf die Antennenelektrode S1 bezeichnet und Z_OG die Impedanz zwischen dem Objekt und Masse bezeichnet.
Im nächsten Schritt 54 wird das periodische elektrische Messsignal der ersten Antennenelektrode 18 bereitgestellt, wird die zweite Antennenelektrode 20 mit dem Massepotential 38 verbunden und werden die jeweiligen Erfassungsströme I_txS2-S1 und I_rxS2-S1 gemessen. Diese Konfiguration ist in den Figuren nicht veranschaulicht, aber der Fachmann wird bemerken, dass sie analog zum äquivalenten Stromkreis, der in 5 gezeigt ist, ist.
Im folgenden Schritt 56 wird unter Verwendung von bestimmten komplexen Impedanzen gegen Masse der ersten Antennenelektrode 18 und der zweiten Antennenelektrode 20 und der bestimmten komplexen Impedanzen zwischen Elektroden eine neue komplexe Impedanz gegen Masse berechnet.
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt 56 des Berechnens der neuen komplexen Impedanz gegen Masse eine Berechnung gemäß Formel (2) auf $\frac{Z_{O G}}{U} = \frac{(2 \times I_{r x S 1 - S 2} - I_{t x S 1 - S 2}) \times I_{r x S 2 - S 1} - I_{t x S 2 - S 1} \times I_{r x S 1 - S 2}}{(I_{t x_S 1} + I_{t x_S 2}) \times (I_{r x S 1 - S 2} \times I_{r x S 2 - S 1} - I_{t x S 1 - S 2} \times I_{t x S 2 - S 1})}$
wobei die zuvor angegebene Notation gilt.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann der Schritt des Berechnens der neuen komplexen Impedanz eine Berechnung gemäß Formel (1) aufweisen:

„neue komplexe Impedanz ist gleich bestimmte komplexe Impedanz gegen Masse mal 0,5 plus bestimmte komplexe Impedanz zwischen Elektroden,
wobei die bestimmte komplexe Impedanz gegen Masse der bestimmte Wert für eine von der ersten Antennenelektrode oder der zweiten Antennenelektrode ist. Es ist anzumerken, dass der Faktor 0,5 ein Skalierfaktor (< 1) ist, der geeigneterweise je nach der Konfiguration des Antennensystems ausgewählt wird. Bei symmetrischen Antennenelektroden wird der Skalierfaktor vorzugsweise so ausgewählt, dass er gleich oder nahe 0,5 ist.

Dann wird die neue komplexe Impedanz gegen Masse in einem weiteren Schritt 58 des Verfahrens mit mehreren vorbestimmten Schwellenwerten verglichen, die distinkte Bereiche in der zweidimensionalen komplexen Zahlenebene definieren. Eine eindeutige Sitzbelegungsklasse wird jedem der distinkten Bereiche zugewiesen. Die Sitzbelegungsklasse umfasst „Kind“, „5-Prozent-Frau“, „50-Prozent-Frau“, „5-Prozent-Mann“ und „50-Prozent-Mann“. Die mehreren vorbestimmten Schwellenwerte für die komplexe Impedanz gegen Masse sind in der digitalen Datenspeichereinheit 40 der Steuer- und Auswerteeinheit 26 enthalten, auf die die Prozessoreinheit 42 Datenzugriff hat.
Eine Sitzbelegungsklasse für die berechnete neue komplexe Impedanz gegen Masse wird in einem weiteren Schritt 60 bestimmt, und zwar in Abhängigkeit von einer Relation zwischen der berechneten neuen komplexen Impedanz gegen Masse und den mehreren vorbestimmten Schwellenwerten, durch Zuweisen der Sitzbelegungsklasse des distinkten Bereichs, in dem die berechnete neue komplexe Impedanz gegen Masse eingeschlossen ist, zur berechneten neuen komplexen Impedanz gegen Masse.
In einem weiteren Schritt 62 erzeugt die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ein Klassifizierungsausgangssignal 28, das die bestimmte Sitzbelegungsklasse anzeigt. Das Klassifizierungsausgangssignal 28 wird auf die Airbag-Steuereinheit 46 übertragen, um als Grundlage für eine Entscheidung zu dienen, ein Airbagsystem für den Fahrzeugsitz einzusetzen.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ist dazu ausgelegt, automatisch und periodisch die oben beschriebenen Verfahrensschritte 48-62 auszuführen.
Während die Erfindung im Einzelnen in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine solche Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft, und nicht als einschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Andere Varianten der offenbarten Ausführungsformen können von den Fachleuten bei der Ausführung der beanspruchten Erfindung, durch Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und die unbestimmten Artikel „ein“, „eine“ oder „einer“ schließen keine Mehrheit aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in sich voneinander unterscheidenden Unteransprüchen aufgeführt sind, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Keines der Bezugszeichen in den Ansprüchen soll als den Schutzbereich einschränkend ausgelegt werden.
Bezugszeichenliste

10: Sitzbelegungserfassungs- 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: Klassifizierungs-Ausgangssignal
30: Sitz
32: Sitzbasis
34: Sitzpolster
36: Rückenlehne
38: Massepotential
40: digitale Datenspeichereinheit
42: Prozessoreinheit
44: Softwaremodul
46: Airbag-Steuereinheit Schritte
48: Bereitstellen eines periodischen elektrischen Messsignals für die erste und zweite Antennenelektrode
50: Bestimmen der komplexen Impedanz gegen Masse der ersten und zweiten Antennenelektrode
52: Elektrisches Verbinden der ersten Antennenelektrode mit Massepotential und Bestimmen der komplexen Impedanz zwischen Antennenelektroden
54: Elektrisches Verbinden der zweiten Antennenelektrode mit Massepotential und Bestimmen der komplexen Impedanz zwischen Antennenelektroden
56: Berechnen der neuen komplexen Impedanz gegen Masse
58: Vergleichen der neuen komplexen Impedanz gegen Masse mit mehreren Schwellenwerten
60: Bestimmen der Sitzbelegungsklasse
62: Erzeugen eines Klassifizierungsausgangssignals

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]

Claims

Kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) für ein Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10), aufweisend: - einen kapazitiven Sensor (16), der mindestens eine erste elektrisch leitfähige Antennenelektrode (18) und mindestens eine zweite elektrisch leitfähige Antennenelektrode (20) aufweist, die galvanisch voneinander getrennt sind; - eine Impedanzmessschaltung (14); umfassend - mindestens eine Signalspannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, einem Ausgangsport in Bezug auf ein Massepotential (38) ein periodisches elektrisches Messsignal bereitzustellen, und - mindestens eine Erfassungsstrom-Messeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, komplexe Erfassungsströme in Bezug auf eine Referenzspannung zu messen, wobei die Impedanzmessschaltung (14) elektrisch mit dem kapazitiven Sensor (16) verbunden ist und so konfiguriert ist, dass sowohl die erste Antennenelektrode (18) als auch die zweite Antennenelektrode (20) mit dem Ausgangsport elektrisch verbindbar sind, um das periodische elektrische Messsignal zu empfangen, und dass mindestens eine der ersten und der zweiten Antennenelektrode abwechselnd elektrisch mit dem Massepotential (38) verbindbar ist, wobei über das bereitgestellte periodische elektrische Messsignal in jeder der mit dem Ausgangsport verbundenen Antennenelektroden (18, 20) ein komplexer Erfassungsstrom erzeugt wird; und - eine Signalverarbeitungseinheit (22), die dazu ausgelegt ist, in Bezug auf das Massepotential (38) eine komplexe Impedanz von mindestens einer der beiden Antennenelektroden (18, 20) aus einem gemessenen komplexen Erfassungsstrom durch die jeweilige Antennenelektrode (18, 20) zu bestimmen, wobei die erste Antennenelektrode (18) mit dem Ausgangsport elektrisch verbunden ist, eine komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden (18, 20) aus individuell gemessenen komplexen Erfassungsströmen durch jede der beiden Antennenelektroden (18, 20) zu bestimmen, wobei eine der ersten und der zweiten Antennenelektrode mit dem Massepotential (38) elektrisch verbunden ist, und Ausgangssignale (24) bereitzustellen, die für die bestimmten komplexen Impedanzen repräsentativ sind.
Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10), insbesondere Fahrzeugsitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10), mit einer kapazitiven Erfassungsvorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei der kapazitive Sensor (16) mit der Impedanzmessschaltung (14) elektrisch so verbunden ist, dass ein einzelner komplexer Erfassungsstrom durch irgendeine Antennenelektrode (18, 20) der beiden Antennenelektroden (18, 20) mittels der Impedanzmessschaltung (14) messbar ist, und mit einer Steuer- und Auswertungseinheit (26), die dazu ausgelegt ist, - die Ausgangssignale (24) zu empfangen, die von der Signalverarbeitungseinheit (22) bereitgestellt werden, - eine neue komplexe Impedanz in Bezug auf das Massepotential (38) zu berechnen, und zwar unter Verwendung - der bestimmten komplexen Impedanz in Bezug auf das Massepotential (38) von mindestens einer der beiden Antennenelektroden (18, 20), und - der bestimmten komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden (18, 20), - die berechnete neue komplexe Impedanz mit mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen, und - beruhend auf dem Ergebnis des Vergleichs eine Sitzbelegungsklasse zu bestimmen.
Kapazitives Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10) nach Anspruch 2, wobei der kapazitive Sensor (16) mit der Impedanzmessschaltung (14) derart elektrisch verbindbar ist, dass die erste Antennenelektrode (18) abwechselnd mit dem Massepotential (38) und dem Ausgangsport elektrisch verbindbar ist.
Kapazitives Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung der ersten Antennenelektrode (18) periodisch zu ändern, und zwar von dem Zustand, in dem sie mit dem Massepotential (38) elektrisch verbunden ist, zu dem Zustand, in dem sie für eine vorbestimmte Zeitspanne mit dem Ausgangsport elektrisch verbunden ist, und nach Ablauf der Zeitspanne wieder zurück zu dem Zustand, in dem sie mit dem Massepotential (38) elektrisch verbunden ist.
Kapazitives Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuer- und Auswertungseinheit (26) dazu ausgelegt ist, ein Klassifizierungsausgangssignal (28) zu erzeugen, das die bestimmte Sitzbelegungsklasse angibt.
Verfahren zum Betreiben des kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, das folgende Schritte aufweist: - Bereitstellen (48) des periodischen elektrischen Messsignals für mindestens eine der Antennenelektroden (18, 20), indem sie mit dem Ausgangsport verbunden wird, - Bestimmen (50) einer komplexen Impedanz in Bezug zur Masse von mindestens einer der beiden Antennenelektroden (18, 20) aus einem komplexen Erfassungsstrom, der in der jeweiligen Antennenelektrode (18, 20) als Reaktion auf das bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird, - Bestimmen (54) einer komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden (18, 20) aus gemessenen einzelnen komplexen Erfassungsströmen durch die beiden Antennenelektroden (18, 20), wenn die erste Antennenelektrode (18) mit dem Massepotential (38) elektrisch verbunden ist, - Berechnen (56) einer neuen komplexen Impedanz in Bezug auf das Massepotential (38) unter Verwendung - einer der mindestens einen bestimmten komplexen Impedanzen in Bezug auf das Massepotential (38), und - der bestimmten komplexen Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden (18, 20), - Vergleichen (58) der neuen komplexen Impedanz mit mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert, und - Bestimmen (60) einer Sitzbelegungsklasse für die berechnete neue komplexe Impedanz in Bezug auf das Massepotential (38) in Abhängigkeit von einer Relation zwischen der berechneten neuen komplexen Impedanz in Bezug auf das Massepotential (38) und dem mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 6, darüber hinaus den Schritt aufweisend, eine zusätzliche komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden (18, 20) aus gemessenen einzelnen komplexen Erfassungsströmen durch die beiden Antennenelektroden (18, 20) zu bestimmen (54), wenn die erste Antennenelektrode (18) mit dem Ausgangsport elektrisch verbunden ist und die zweite Antennenelektrode (20) mit dem Massepotential (38) elektrisch verbunden ist, und wobei der Schritt des Berechnens (56) einer neuen komplexen Impedanz in Bezug auf das Massepotential (38) umfasst, - eine der mindestens einen bestimmten komplexen Impedanzen in Bezug auf das Massepotential (38) und - die bestimmte komplexe Impedanz und die zusätzliche komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden (18, 20) zu verwenden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Berechnens der neuen komplexen Impedanz eine Berechnung umfasst gemäß neue komplexe Impedanz ist gleich bestimmte komplexe Impedanz in Bezug auf das Massepotential (38) mal Skalierfaktor (<1) plus bestimmte komplexe Impedanz zwischen den beiden Antennenelektroden (18, 20).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (50) des Bestimmens einer komplexen Impedanz bezogen auf die Masse für jede der beiden Antennenelektroden (18, 20) durchgeführt wird, und der Schritt (56) des Berechnens der neuen komplexen Impedanz eine Berechnung umfasst gemäß $\frac{Z_{O G}}{U} = \frac{(2 \times I_{r x S 1 - S 2} - I_{t x S 1 - S 2}) \times I_{r x S 2 - S 1} - I_{t x S 2 - S 1} \times I_{r x S 1 - S 2}}{(I_{t x_S 1} + I_{t x_S 2}) \times (I_{r x S 1 - S 2} \times I_{r x S 2 - S 1} - I_{t x S 1 - S 2} \times I_{t x S 2 - S 1})}$
wobei folgende Notation gilt: I_{tx_Si}: gemessener komplexer Erfassungsstrom in der i-ten Antennenelektrode bei Bestimmung der komplexen Impedanz in Bezug zur Masse, wenn die Antennenelektrode Si zum Empfangen des periodischen elektrischen Messsignals mit dem Ausgangsport verbunden ist, I_txSi-Sj: komplexer Erfassungsstrom, der aus der Antennenelektrode Si abfließt, wenn die Antennenelektrode Si zum Empfangen des periodischen elektrischen Messsignals mit dem Ausgangsport und die Elektrode Sj mit Masse verbunden ist; und I_rxSi-Sj: komplexer Erfassungsstrom, der in die Antennenelektrode Sj fließt, wenn die Antennenelektrode Sj mit Masse und die Elektrode Si zum Empfangen des periodischen elektrischen Messsignals mit dem Ausgangsport verbunden ist.
Sitz (30), insbesondere ein Fahrzeugsitz, umfassend - ein Sitzpolster (34) mit mindestens einem Sitzschaumstoffelement, - eine Sitzbasis (32), die dazu ausgelegt ist, zumindest einen Abschnitt des Sitzpolsters (34) aufzunehmen, wobei die Sitzbasis (32) und das Sitzpolster (34) vorgesehen sind, um das Gesäß eines Sitzinsassen abzustützen, - eine Rückenlehne (36), die dazu vorgesehen ist, den Rücken des Sitzinsassen abzustützen, und - ein Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der kapazitive Sensor (16) am Sitzpolster (34) und/oder an der Rückenlehne (36) angeordnet ist.
Sitz (30) nach Anspruch 10, wobei die erste Antennenelektrode (18) und/oder die zweite Antennenelektrode (20) durch ein elektrisches Sitzheizelement gebildet sind, das im Sitz (30) eingebaut ist.
Softwaremodul (44) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die durchzuführenden Verfahrensschritte in einen Programmcode des Softwaremoduls (44) umgewandelt sind, wobei der Programmcode in einer digitalen Datenspeichereinheit des kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems (10) oder in einer separaten Steuereinheit implementierbar ist und von einer Prozessoreinheit des kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems (10) oder einer separaten Steuereinheit ausführbar ist.
Verwendung des kapazitiven Sitzbelegungserfassungs- und -klassifizierungssystems (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 in einem Fahrzeugsitz, der Folgendes aufweist: - eine Sitzstruktur zum Aufbauen des Fahrzeugsitzes auf einem Fahrgastzellenboden des Fahrzeugs, - ein Sitzpolster (34) mit mindestens einem Sitzschaumstoffelement, - eine Sitzbasis (32), die von der Sitzstruktur gestützt und dazu ausgelegt ist, das Sitzpolster (34) aufzunehmen, wobei die Sitzbasis (32) und das Sitzpolster (34) dazu vorgesehen sind, das Gesäß eines Sitzinsassen abzustützen, - eine Rückenlehne (36), die dazu vorgesehen ist, den Rücken des Sitzinsassen abzustützen, wobei das kapazitive Sensorelement (16) am Sitzpolster (34) und/oder an der Rückenlehne (36) angeordnet ist.