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Diese Anmeldung enthält Material, das dem Urheberrechtsschutz unterliegt. Der Inhaber des Urheberrechts hat keine Einwände gegen die Faksimile-Reproduktion der Patentoffenbarung, wie sie in den Akten oder Aufzeichnungen des Patent- und Markenamts erscheint, behält sich aber ansonsten alle Urheberrechte vor.
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GEBIET
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Die vorgestellten Systeme und Verfahren beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Sensorik und insbesondere auf die Verbesserung der Sensorik in einer Fahrzeugumgebung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorgenannten und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung von Ausführungsformen ersichtlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen sich die Bezugszeichen auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, da der Schwerpunkt auf der Veranschaulichung der Prinzipien der offengelegten Ausführungsformen liegt.
- 1 ist eine Darstellung von Insassen in einem Fahrzeug.
- 2 zeigt eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Sensorsystems, das mit einem Fahrzeugsitz verwendet wird.
- 3 zeigt eine Rückansicht einer Ausführungsform eines Sensorsystems, das mit einem Fahrzeugsitz verwendet wird.
- 4 zeigt einen Fahrzeugsitz mit einem Erdungsabschnitt.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittansicht des Fahrzeugsitzes.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf Sensorsysteme gerichtet, die auf die Bestimmung der Bewegung und Position von Insassen und Gegenständen in einem Fahrzeug reagieren. Insbesondere kann die Bestimmung der Position und der Bewegung von Insassen und Gegenständen durch die Bereitstellung von Erdungsabschnitten in dem Sensorsystem verbessert werden. Das Sensorsystem ist in der Lage, eine Vielzahl von Signalen während einer Übertragungsperiode zu übertragen und die erfassten Signale während eines Rahmens zu verwenden, um verschiedene Wärmekarten zu erstellen, die die Bewegung und Position von Personen während einer Integrationsperiode darstellen. Durch die Nutzung von Erdungsabschnitten ist das System in der Lage, die Position und Bewegung einer Person oder eines Objekts besser zu bestimmen.
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In dieser Offenbarung kann der Begriff „Ereignis“ verwendet werden, um Zeitspannen zu beschreiben, in denen die Bewegung und/oder Position eines Körpers oder Objekts bestimmt wird. Gemäß einer Ausführungsform können Ereignisse mit sehr geringer Latenz, z.B. in der Größenordnung von zehn Millisekunden oder weniger oder in der Größenordnung von weniger als einer Millisekunde, erfasst, verarbeitet und/oder an nachgeschaltete Rechenprozesse weitergeleitet werden.
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Wie hierin und insbesondere in den Ansprüchen verwendet, sollen Ordnungsbegriffe wie „erster“ und „zweiter“ nicht an und für sich eine Reihenfolge, Zeit oder Einzigartigkeit implizieren, sondern werden vielmehr verwendet, um ein beanspruchtes Konstrukt von einem anderen zu unterscheiden. In einigen Fällen, in denen es der Kontext erfordert, können diese Begriffe implizieren, dass der erste und der zweite eindeutig sind. Wenn beispielsweise ein Ereignis zu einem ersten Zeitpunkt und ein anderes Ereignis zu einem zweiten Zeitpunkt eintritt, ist nicht beabsichtigt, dass der erste Zeitpunkt vor dem zweiten Zeitpunkt, nach dem zweiten Zeitpunkt oder gleichzeitig mit dem zweiten Zeitpunkt eintritt. Wenn jedoch die weitere Einschränkung, dass der zweite Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt liegt, im Anspruch enthalten ist, würde der Kontext erfordern, dass der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt als eindeutige Zeitpunkte zu verstehen sind. In ähnlicher Weise sollen Ordnungsbegriffe, sofern der Kontext dies vorschreibt oder zulässt, weit ausgelegt werden, so dass die beiden identifizierten Anspruchskonstrukte dasselbe Merkmal oder unterschiedliche Merkmale aufweisen können. So können z.B. eine erste und eine zweite Frequenz ohne weitere Einschränkung dieselbe Frequenz sein, z.B. eine erste Frequenz von 10 MHz und eine zweite Frequenz von 10 MHz, oder sie können unterschiedliche Frequenzen sein, z.B. eine erste Frequenz von 10 MHz und eine zweite Frequenz von 11 MHz. Der Kontext kann etwas anderes vorschreiben, z.B. wenn eine erste und eine zweite Frequenz nur orthogonal zueinander sind, in diesem Fall können sie nicht dieselbe Frequenz sein.
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In der vorliegenden Anmeldung werden verschiedene Ausführungsformen von Sensorsystemen in Betracht gezogen. Die hier beschriebenen Sensorsysteme eignen sich für die Verwendung mit frequenzorthogonalen Signaltechniken (siehe z.B. die
US-Patente Nr. 9.019.224 und
9.529.476 sowie das
US-Patent Nr. 9.811.214 , die alle hiermit durch Bezugnahme einbezogen werden). Die hier erörterten Sensorsysteme können mit anderen Signaltechniken verwendet werden, einschließlich Abtast- oder Zeitteilungsverfahren und/oder Codeteilungsverfahren. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen und dargestellten Sensorsysteme für die Verwendung in Verbindung mit Signalinfusionsverfahren und -vorrichtungen geeignet sind (auch als Signalinjektion bezeichnet). Die Signalinfusion ist eine Technik, bei der ein Signal an eine Person übertragen wird, wobei sich dieses Signal auf, in und durch die Person bewegen kann. In einer Ausführungsform bewirkt ein infundiertes Signal, dass das Objekt der Infusion (z.B. eine Hand, ein Finger, ein Arm oder die gesamte Person) zu einem Sender des Signals wird.
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Die derzeit offengelegten Systeme und Verfahren umfassen ferner Prinzipien im Zusammenhang mit und zur Entwicklung, Herstellung und Verwendung von kapazitiven Sensoren und kapazitiven Sensoren, die ein Multiplexing-Schema auf der Grundlage orthogonaler Signale verwenden, wie z.B. Frequenzmultiplexing (FDM), Codemultiplexing (CDM) oder eine hybride Modulationstechnik, die sowohl FDM- als auch CDM-Verfahren kombiniert. Verweise auf Frequenz können sich auch auf andere orthogonale Signalbasen beziehen. Als solche bezieht sich diese Anmeldung auf die früheren
US-Patente Nr. 9.019.224 mit dem Titel „Low-Latency Touch Sensitive Device“ und Nr. 9.158.411 mit dem Titel „Fast Multi-Touch Post Processing“. Diese Anmeldungen beziehen sich auf FDM-, CDM- oder FDM/CDM-Hybrid-Berührungssensoren mit Konzepten, die mit den hier vorgestellten Sensoren übereinstimmen und in Verbindung mit ihnen verwendet werden können. In den vorgenannten Sensoren werden Wechselwirkungen erkannt, wenn ein Signal von einem Zeilenleiter an einen Spaltenleiter gekoppelt (erhöht) oder entkoppelt (verringert) wird und das Ergebnis von diesem Spaltenleiter erfasst wird. Durch sequentielle Erregung der Zeilenleiter und Messung der Kopplung des Erregungssignals an den Spaltenleitern kann eine Wärmekarte erstellt werden, die Kapazitätsänderungen des Sensors und damit die Nähe zum Sensor widerspiegelt. Die gesamte Offenbarung dieser Patente und der darin durch Verweis einbezogenen Anwendungen wird hier durch Verweis einbezogen.
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Diese Anwendung verwendet auch Prinzipien, die in schnellen Multitouch-Sensoren und anderen Schnittstellen verwendet werden, die in den folgenden offengelegt sind:
U.S. Patent Nr. 9,933,880 ;
9,019,224 ;
9,811,214 ;
9,804,721 ;
9,710,113 ;
9,158,411 ;
10,191,579 ;
10,386,975 ;
10,175,772 ;
10,528,201 ;
10,528,182 ;
10,795,437 ; und
11,099,680 . Die Kenntnis der Offenbarung, der Konzepte und der Nomenklatur dieser Patentveröffentlichungen wird vorausgesetzt. Die gesamte Offenbarung dieser Patente und der darin durch Verweis einbezogenen Anmeldungen wird hier durch Verweis einbezogen. Diese Anwendung verwendet auch Prinzipien, die in schnellen Multi-Touch-Sensoren und anderen Schnittstellen verwendet werden, die in den folgenden Patentveröffentlichungen offengelegt sind:
U.S. Patent Nr. 10,191,579 ;
10,386,975 ;
10,175,772 ;
10,528,201 ;
10,620,696 ;
10,705,667 ;
10,928,180 ; U.S. Patentveröffentlichung Nr.
US 2017/0371487 A1 ;
U.S. Patent Provisional Nos. 62/540,458 ;
62/575,005 ;
62/621,117 ;
62/619,656 ; und PCT-Publikation Nr.
WO 2020/264163 A1 wird die Kenntnis der darin enthaltenen Offenbarungen, Konzepte und Nomenklatur vorausgesetzt. Die gesamte Offenbarung dieser Anmeldungen und die darin durch Verweis einbezogenen Anmeldungen werden hier durch Verweis einbezogen.
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Bestimmte Prinzipien eines Fast-Multi-Touch-Sensors (FMT) sind in den oben genannten Patentanmeldungen offengelegt worden. Orthogonale Signale können in eine Vielzahl von Sendeantennen (oder Leitern) übertragen werden, und Informationen können von Empfängern empfangen werden, die an einer Vielzahl von Empfangsantennen (oder Leitern) angebracht sind. In einer Ausführungsform „tasten“ die Empfänger das an den Empfangsantennen (oder -leitern) anliegende Signal während einer Abtastperiode (□) ab. In einer Ausführungsform wird das Signal (z.B. das abgetastete Signal) dann von einem Signalprozessor analysiert, um Berührungsereignisse zu erkennen (einschließlich z.B. tatsächlicher Berührung, Beinahe-Berührung, schwebender und weiter entfernter Ereignisse, die eine Änderung der Kopplung zwischen einer Sendeantenne (oder einem Leiter) und den Empfangsantennen (oder Leitern) verursachen). In einer Ausführungsform können sich eine oder mehrere Sendeantennen (oder Leiter) in Bezug auf eine oder mehrere Empfangsantennen (oder Leiter) bewegen, und eine solche Bewegung bewirkt eine Änderung der Kopplung zwischen zumindest einer der Sendeantennen (oder Leiter) und zumindest einer der Empfangsantennen (oder Leiter). In einer Ausführungsform sind eine oder mehrere Sendeantennen (oder Leiter) relativ fest mit einer oder mehreren Empfangsantennen (oder Leitern) verbunden, und die Wechselwirkung des übertragenen Signals und/oder der übertragenen Signale mit Umweltfaktoren bewirkt eine Änderung der Kopplung zwischen zumindest einer der Sendeantennen (oder Leiter) und zumindest einer der Empfangsantennen (oder Leiter). Die Sendeantennen (oder Leiter) und die Empfangsantennen (oder Leiter) können in einer Vielzahl von Konfigurationen organisiert sein, z.B. in einer Matrix, in der die Kreuzungspunkte Knotenpunkte bilden und Wechselwirkungen durch die Verarbeitung der empfangenen Signale erfasst werden. In einer Ausführungsform, in der die orthogonalen Signale frequenzorthogonal sind, ist der Abstand zwischen den orthogonalen Frequenzen, Δf, mindestens der Kehrwert der Messperiode □, wobei die Messperiode τ gleich der Periode ist, in der die Spaltenleiter abgetastet werden. So kann in einer Ausführungsform der an einem Spaltenleiter empfangene Wert eine Millisekunde lang (□) mit einem Frequenzabstand (Δf) von einem Kilohertz (d.h. Δf = 1/□) gemessen werden.
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In einer Ausführungsform ist der Signalprozessor einer integrierten Schaltung für gemischte Signale (oder ein nachgeschaltetes Bauteil oder eine Software) in der Lage, wenigstens einen Wert zu bestimmen, der jedes orthogonale Frequenzsignal repräsentiert, das an einen Zeilenleiter (oder eine Antenne) übertragen wird (oder auf diesem vorhanden ist). In einer Ausführungsform führt der Signalprozessor der integrierten Schaltung für gemischte Signale (oder ein nachgeschaltetes Bauteil oder eine Software) eine Fourier-Transformation an den Signalen durch, die an einer Empfangsantenne (oder einem Leiter) anliegen. In einer Ausführungsform ist die integrierte Schaltung für gemischte Signale in der Lage, empfangene Signale zu digitalisieren. In einer Ausführungsform ist die integrierte Schaltung für gemischte Signale (oder ein nachgeschaltetes Bauteil oder eine Software) in der Lage, die an der Empfangsleitung oder -antenne anliegenden Signale zu digitalisieren und eine diskrete Fourier-Transformation (DFT) an den digitalisierten Informationen durchzuführen. In einer Ausführungsform ist die integrierte Schaltung für gemischte Signale (oder eine nachgeschaltete Komponente oder Software) in der Lage, die auf dem Empfangsleiter oder der Antenne vorhandenen Signale zu digitalisieren und eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) an den digitalisierten Informationen durchzuführen - eine FFT ist eine Art der diskreten Fourier-Transformation.
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Einem Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung klar sein, dass eine DFT im Wesentlichen die Folge digitaler Abtastwerte (z.B. Fenster), die während einer Abtastperiode (z.B. Integrationsperiode) genommen werden, so behandelt, als ob sie sich wiederholen. Dies hat zur Folge, dass Signale, die keine Mittenfrequenzen sind (d. h. keine ganzzahligen Vielfachen des Kehrwerts der Integrationsperiode (der Kehrwert definiert den minimalen Frequenzabstand)), relativ nominale, aber unbeabsichtigte Werte in andere DFT-Bins einbringen können. Daher ist es für einen Fachmann angesichts dieser Offenbarung auch offensichtlich, dass der Begriff orthogonal, wie er hier verwendet wird, durch solche kleinen Beiträge nicht „verletzt“ wird. Mit anderen Worten, wenn der Begriff „frequenzorthogonal“ hier verwendet wird, gelten zwei Signale als frequenzorthogonal, wenn im Wesentlichen der gesamte Beitrag eines Signals zu den DFT-Bins in anderen DFT-Bins als im Wesentlichen der gesamte Beitrag des anderen Signals erfolgt.
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Bei der Abtastung werden in einer Ausführungsform die empfangenen Signale mit mindestens 1 MHz abgetastet. In einer Ausführungsform werden die empfangenen Signale mit mindestens 2 MHz abgetastet. In einer Ausführungsform werden die empfangenen Signale mit mindestens 4 Mhz abgetastet. In einer Ausführungsform werden die empfangenen Signale mit 4,096 Mhz abgetastet. In einer Ausführungsform werden die empfangenen Signale mit mehr als 4 MHz abgetastet. Um eine kHz-Abtastung zu erreichen, können z.B. 4096 Abtastwerte bei 4,096 MHz genommen werden. In einer solchen Ausführungsform beträgt die Integrationszeit 1 Millisekunde, was gemäß der Vorgabe, dass der Frequenzabstand größer oder gleich dem Kehrwert der Integrationszeit sein sollte, einen Mindestfrequenzabstand von 1 KHz ergibt. (Einem Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung klar sein, dass die Aufnahme von 4096 Abtastwerten bei z.B. 4 MHz zu einer Integrationsperiode von etwas mehr als einer Millisekunde führen würde, wodurch keine kHz-Abtastung und ein Mindestfrequenzabstand von 976,5625 Hz erreicht würde). In einer Ausführungsform ist der Frequenzabstand gleich dem Kehrwert der Integrationsperiode. In einer solchen Ausführungsform sollte die maximale Frequenz eines frequenzorthogonalen Signalbereichs weniger als 2 MHz betragen. In einer solchen Ausführungsform sollte die praktische Maximalfrequenz eines frequenzorthogonalen Signalbereichs weniger als etwa 40 % der Abtastrate oder etwa 1,6 MHz betragen. In einer Ausführungsform wird eine DFT (die auch eine FFT sein kann) verwendet, um die digitalisierten empfangenen Signale in Informationsbins umzuwandeln, von denen jedes die Frequenz eines frequenzorthogonalen Signals widerspiegelt, das von der Sendeantenne gesendet worden sein kann. In einer Ausführungsform entsprechen 2048 Bins den Frequenzen von 1 KHz bis etwa 2 MHz. Einem Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung klar sein, dass diese Beispiele nur beispielhaft sind. Je nach den Erfordernissen eines Systems und vorbehaltlich der oben beschriebenen Einschränkungen kann die Abtastrate erhöht oder verringert werden, die Integrationsperiode kann angepasst werden, der Frequenzbereich kann angepasst werden, usw.
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In einer Ausführungsform umfasst eine DFT-Ausgabe (die eine FFT sein kann) ein Bin für jedes frequenzorthogonale Signal, das übertragen wird. In einer Ausführungsform umfasst jedes DFT-Bin (das eine FFT sein kann) eine In-Phase- (I) und eine Quadraturkomponente (Q). In einer Ausführungsform wird die Summe der Quadrate der I- und Q-Komponenten als Maß für die Signalstärke für dieses Bin verwendet. In einer Ausführungsform wird die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der I- und Q-Komponenten als Maß für die Signalstärke für dieses Bin verwendet.
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Weitere Erörterungen über die Implementierung von Sendeantennen (oder Leitern) und Empfangsantennen (oder Leitern) in Verbindung mit Fahrzeugen finden sich im
US-Patent Nr. 10,572,088 und in der
US-Patentanmeldung Nr. 16/799,691 , wobei der Inhalt aller vorgenannten Anmeldungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen wurde.
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Sendeantennen (auch als Leiter bezeichnet) und Empfangsantennen (auch als Leiter bezeichnet) können in die Materialien und Stoffe eingebaut werden, die in oder an Komponenten des Fahrzeugs verwendet werden. Bei einer solchen Implementierung befinden sich die Sensorsysteme in den Materialien, aus denen der Autositz besteht, z.B. in Stoffen, Leder usw. In einer Ausführungsform sind die Sensorsysteme in Sitzen aus Stoff untergebracht. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme auf Stoffsitzen. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme auf Sitzen aus Leder. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme innerhalb von Ledersitzen. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme auf Ledersitzen. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme in Sitzen aus Kunststoff. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme auf Sitzen aus Kunststoff. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme in der Nähe des eines Fahrgasts oder sind auf andere Weise funktionsfähig.
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In 1 sind Insassen 40 dargestellt, die auf Sitzen 50 in einem Fahrzeug sitzen. Bei den in 1 dargestellten Sitzen 50 handelt es sich zwar um die Sitze in der vorderen Reihe, es sollte jedoch davon ausgegangen werden, dass jeder der im Fahrzeug befindlichen Sitze mit Sensorsystemen ausgestattet sein kann, die darin, auf oder in der Nähe eines Insassen angebracht sind. Außerdem können Sensorsysteme in einem Teil eines Fahrzeugsitzes oder in mehr als einem Teil eines Fahrzeugsitzes oder von Fahrzeugsitzen untergebracht sein. Darüber hinaus können sich Sensorsysteme im gesamten Fahrzeug befinden, und in bestimmten Situationen können sich die Sensorsysteme an einem anderen Ort als einem Fahrzeugsitz oder zusätzlich zu einem Fahrzeugsitz befinden, der die Feststellung von Aktivitäten innerhalb des Fahrzeugs oder der Anwesenheit eines Fahrgastes ermöglicht.
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2 zeigt eine Vorderansicht einer oberen Schicht des Sitzes 50. 3 zeigt eine Rückansicht der oberen Schicht des Sitzes 50. Das Sensorsystem 100 umfasst Sendeantennen 101 und Empfangsantennen 102, die funktionsfähig mit zumindest einem Sender (nicht dargestellt), zumindest einem Empfänger (nicht dargestellt) und zumindest einem Signalprozessor (nicht dargestellt) verbunden sind. In einer Ausführungsform können die Sendeantennen 101 auch als Empfangsantennen und die Empfangsantennen 102 auch als Sendeantennen fungieren. In einer Ausführungsform gibt es mehr als eine Schicht des Sensorsystems 100, das im Sitz 50 verwendet wird. In einer Ausführungsform hat jeder Teil des Sitzes 50 sein eigenes Sensorsystem. In einer Ausführungsform verfügen nur einige Teile des Sitzes 50 über Sensorsysteme. In einer Ausführungsform sind die Sensorsysteme über die Gesamtheit des Sitzes 50 ausgebildet. In den 2 und 3 ist das Sensorsystem 100 in dem wesentlichen Teil des Sitzes 50 ausgebildet.
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In einer Ausführungsform sendet jede Sendeantenne 101 ein eindeutiges orthogonales Signal aus. In einer Ausführungsform sendet jede Sendeantenne 101 ein eindeutiges frequenzorthogonales Signal. Die Empfangsantennen 102 sind für den Empfang der von den Sendeantennen 101 gesendeten Signale ausgelegt. Die von den Empfangsantennen 102 während eines bestimmten Zeitraums (auch als Integrationszeitraum bezeichnet) empfangenen Signale werden verwendet, um Informationen über den Gegenstand oder die Person zu ermitteln, die sich auf oder in der Nähe des Sitzes 50 befindet. In einer Ausführungsform werden die Informationen durch die Bildung von Wärmekarten auf der Grundlage der von den Empfangsantennen 102 empfangenen Signale ermittelt und anschließend verarbeitet.
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4 zeigt einen Sitz 50 mit einem Sensorsystem 100 mit Sendeantennen 101 und Empfangsantennen 102. Das in 4 gezeigte Sensorsystem 100 umfasst auch einen dielektrischen Abschnitt 104 und einen Erdungsabschnitt 105 in der Nähe der Sendeantennen 101 und der Empfangsantennen 102.
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5 zeigt eine Schnittansicht des Sensorsystems 100 mit Sendeantenne 101 und Empfangsantennen 102. Ferner sind in 5 in der Nähe der Sendeantenne 101 und der Empfangsantennen 102 ein dielektrischer Abschnitt 104 und ein Erdungsabschnitt 105 dargestellt.
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Der Erdungsabschnitt 105 ist mit einer Erdungsquelle verbunden. In einer Ausführungsform ist die Erdungsquelle letztlich ein Teil des Fahrzeugs, in dem sich das Sensorsystem 100 befindet, z.B. das Fahrzeugchassis. In einer Ausführungsform ist der Erdungsabschnitt 105 als eine Ebene ausgebildet, die im Wesentlichen mit dem Layout der Sendeantennen 101 und der Empfangsantennen 102 übereinstimmt. In einer Ausführungsform ist der Erdungsabschnitt 105 so geformt, dass er mit dem Layout der Sendeantennen 101 und der Empfangsantennen 102 übereinstimmt. In einer Ausführungsform ist der Erdungsabschnitt 105 so geformt, dass er der Form und Ausrichtung des Teils des Sensorsystems 100 entspricht, der beweglich ist. In einer Ausführungsform ist der Erdungsabschnitt 105 einer von mehreren Erdungsabschnitten, die sich innerhalb des Fahrzeugs befinden. In einer Ausführungsform ist der Erdungsabschnitt 105 funktionsfähig mit mehr als einer Erdungsquelle verbunden.
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Der dielektrische Abschnitt 104, der in den 4 und 5 gezeigte dielektrische Abschnitt 104 befindet sich zwischen dem Erdungsabschnitt 105 und den Antennen. In einer Ausführungsform ist der dielektrische Abschnitt 104 aus einem komprimierbaren Schaumstoffmaterial gebildet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass der dielektrische Abschnitt 104 aus einem beliebigen Material gebildet werden kann, das in geeigneter Weise nicht leitend und komprimierbar ist. In einer Ausführungsform wird die Funktion des dielektrischen Abschnitts durch Luft erfüllt, d. h. es gibt kein anderes festes physikalisches Dielektrikum. In einer Ausführungsform ist der dielektrische Abschnitt 104 aus mehr als einem Materialtyp hergestellt. In einer Ausführungsform ist der dielektrische Abschnitt 104 aus mehr als einer Art von Material und Luft gebildet.
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Im Betrieb sitzt ein Insasse des Fahrzeugs auf dem Sitz 50. Ein Teil des Sitzes 50 verfügt über ein Sensorsystem 100, das sich in Abhängigkeit vom Gewicht des Insassen und/oder eines Objekts bewegen kann. Der Insasse wirkt sich kapazitiv auf die Signale aus, die von den Antennen gesendet und empfangen werden. Durch die Bereitstellung einer Massequelle in der Nähe der Sendeantennen 101 und der Empfangsantennen 102 können die Signale, die von den Empfangsantennen 102 empfangen werden, bei der Verarbeitung besser unterschieden werden. Beispielsweise können aufgrund der Kompression des Sitzes in Richtung des Erdungsabschnitts 105 die Signale, die an den Teilen des Sitzes 50 gemessen werden, die sich näher am Erdungsabschnitt 105 befinden, besser bestimmt werden, als wenn es keinen Erdungsabschnitt 105 gäbe.
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Zusätzlich zur besseren Unterscheidung der empfangenen Signale, die durch das Zusammendrücken des Sitzes 50 an den Stellen verursacht werden, die näher am Erdungsabschnitt 105 liegen, ist es außerdem möglich, die relative Position in Bezug auf den Erdungsabschnitt 105 zu nutzen, um die Auswirkungen verschiedener anderer Strukturen im Fahrzeug auf die gemessenen Signale besser zu unterscheiden. Beispielsweise können Komponenten wie Sicherheitsgurte usw. einen Einfluss auf die empfangenen Signale haben, und die Verwendung des Erdungsabschnitts 105 hilft bei der Bestimmung des Einflusses dieser Fahrzeugkomponente auf das gesamte Sensorsystem 100. In einer Ausführungsform schirmt der Erdungsabschnitt 105 das Sensorsystem von anderen Quellen ab, die die Messung der Signale beeinflussen können.
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In einer Ausführungsform ist der Erdungsabschnitt 105 so ausgelegt, dass er zwischen einem aktiven und einem inaktiven Zustand umgeschaltet werden kann. Messungen, die während jedes der beiden Zustände vorgenommen werden, können verwendet werden, um die Auswirkungen verschiedener Komponenten innerhalb des Fahrzeugs auf das System zu bestimmen, indem Messungen, die während einer Integrationsperiode vorgenommen werden, wenn der Erdungsabschnitt 105 aktiviert ist, mit den Messungen verglichen werden, die während einer Integrationsperiode vorgenommen werden, wenn der Erdungsabschnitt nicht aktiviert ist.
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In einer Ausführungsform ist in das Material eines Sitzes ein aus Sende- und Empfangsantennen (hier auch als Leiter bezeichnet) bestehendes Sensorsystem eingebettet. In einer Ausführungsform ist auf dem Material des Sitzes ein aus Sende- und Empfangsantennen bestehendes Sensorsystem angebracht. In einer Ausführungsform sind in den Sitz-Sensorsysteme aus Sende- und Empfangsantennen eingebettet und auf ihm angebracht. In einer Ausführungsform sind die Antennen auf einem flexiblen Substrat (das aus einem nichtleitenden Gewebe, Kunststoff oder Elastomer bestehen kann) angebracht und bilden das Material des Sitzes. In einer Ausführungsform sind die Antennen in ein flexibles Substrat eingebettet und bilden das Material des Sitzes. In einer Ausführungsform wird ein leitfähiger Faden auf ein flexibles Material (z.B. Stoff) aufgebracht oder in dieses eingenäht, so dass eine gewünschte Ausdehnung (z.B. Zickzack, Wellen usw.) in einer oder mehreren gewünschten Dimensionen möglich ist, und zur Herstellung des Sitzes verwendet. In einer Ausführungsform weist ein flexibles Substrat oder Gewebe sich kreuzende Zick-Zack-Muster (oder z.B. sich kreuzende Sinuswellenmuster) auf, die zur Herstellung des Sitzes verwendet werden. In einer Ausführungsform weist das flexible Substrat oder der Stoff eines der oben beschriebenen Muster oder ein anderes Muster auf, das dem flexiblen Gebrauch durch Menschen standhält.
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Ein Sender sendet auf jeder der Sendeantennen ein eindeutiges orthogonales Frequenzsignal aus. Empfangsantennen können die gesendeten Signale empfangen und/oder auf die kapazitive Wechselwirkung reagieren, die durch die Verwendung des Materials auftreten kann. Ein Signalprozessor verarbeitet eine Messung der empfangenen Signale und verwendet die Messungen, um eine Wärmekarte oder einen anderen Datensatz zu erstellen, der die mit dem Autositz stattfindende Interaktion widerspiegelt. In einer Ausführungsform fungiert jede der Sendeantennen und jede der Empfangsantennen entweder als Sendeantenne oder als Empfangsantenne. In einer Ausführungsform gibt es wenigstens eine Sendeantenne und eine Vielzahl von Empfangsantennen. In einer Ausführungsform gibt es eine Vielzahl von Sendeantennen und wenigstens eine Empfangsantenne.
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Wenn ein Insasse 40 auf dem Sitz 50 im Fahrzeug sitzt, kommt es zu einer Bewegung des Sitzes 50 und/oder innerhalb des Sitzes. Das Material, aus dem der Sitz 50 geformt ist, bewegt sich und/oder biegt sich. In einer Ausführungsform führt diese Bewegung dazu, dass sich die Sendeantennen und die Empfangsantennen bewegen. In einer Ausführungsform führt die Bewegung dazu, dass sich die Sende- und Empfangsantennen relativ zueinander bewegen. Diese Bewegung wirkt sich auf die Messung des Signals aus, das von den Empfangsantennen empfangen wird. Diese Bewegung tritt nicht nur auf, wenn ein Insasse 40 auf dem Sitz 50 sitzt, sondern auch während der Bewegung des Fahrzeugs und während der Insasse 40 auf dem Sitz 50 sitzt, wenn das Fahrzeug stillsteht. Außerdem kann der Insasse 40 mit dem Feld interagieren, das von der oder den Sendeantennen und der oder den Empfangsantennen erzeugt wird. Die Wechselwirkung des Insassen mit dem Feld führt dazu, dass das System verschiedene Messungen vornimmt
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Die verarbeiteten Messwerte der mit den Empfangsantennen verbundenen Empfänger können verwendet werden, um festzustellen, ob ein Insasse 40 auf dem Sitz 50 sitzt oder nicht. Die vom Signalprozessor erfassten und verarbeiteten Messwerte können vom Sensorsystem weiterverarbeitet werden, um eine Nutzung des Sitzes 50 zu bestimmen. In einer Ausführungsform wird eine Bestimmung der Nutzung des Sitzes auf dem Signalprozessor ausgeführt und ist in der Lage, die Messungen zu nehmen und zu bestimmen, ob es eine Nutzung des Sitzes gibt. In einer Ausführungsform wird die Bestimmung der Nutzung des Sitzes durch eine Softwarelogik durchgeführt, die die vom Signalprozessor verarbeiteten Messungen verarbeitet. In einer Ausführungsform wird die Bestimmung der Benutzung des Sitzes durch einen Teil des Sensorsystems vorgenommen, der sich getrennt vom Signalprozessor befindet. In einer Ausführungsform wird die Bestimmung der Benutzung des Sitzes durch eine Schaltung durchgeführt, die die vom Signalprozessor verarbeiteten Messwerte verarbeitet. In einer Ausführungsform wird die Bestimmung der Benutzung des Sitzes durch einen Teil des Sensorsystems durchgeführt, der sich im Fahrzeug an einer vom Sitz entfernten Stelle befindet. In einer Ausführungsform befindet sich die Bestimmung der Benutzung des Sitzes im Fahrzeug an einer Stelle in der Nähe des Sitzes.
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In einer Ausführungsform erkennt das Sensorsystem die An- oder Abwesenheit eines Fahrzeuginsassen. In einer Ausführungsform erfasst das Sensorsystem ein biometrisches Merkmal eines Insassen. In einer Ausführungsform bestimmt das Sensorsystem die Herzfrequenz eines Insassen. In einer Ausführungsform bestimmt das Sensorsystem die Atmungsaktivität eines Insassen. In einer Ausführungsform bestimmt das Sensorsystem eine Gewichtsschätzung eines Insassen. In einer Ausführungsform bestimmt das Sensorsystem eine geschätzte Körpergröße eines Insassen. In einer Ausführungsform erfasst das Sensorsystem die Position eines Insassen im Sitz. In einer Ausführungsform erkennt das Sensorsystem die Art des Insassen auf dem Sitz. In einer Ausführungsform stellt das Erkennungssystem anhand der ermittelten Insassen-ID fest, ob ein Fahrzeug gestohlen ist oder ordnungsgemäß genutzt wird. In einer Ausführungsform erkennt das Erkennungssystem die Anwesenheit eines Kindes. In einer Ausführungsform erkennt das Erkennungssystem das Vorhandensein eines Kindersitzes. In einer Ausführungsform erkennt das Erkennungssystem das Vorhandensein eines Kindes in einem Kindersitz. In einer Ausführungsform erkennt das Erkennungssystem die Position des Insassen im Fahrzeug. In einer Ausführungsform ermittelt das Sensorsystem die Position einer Sitzlehne. In einer Ausführungsform bestimmt das Erkennungssystem die Komforteinstellungen eines Sitzes. In einer Ausführungsform erkennt das Sensorsystem den Abstand des Kopfes von der Kopfstütze. In einer Ausführungsform erkennt das Sensorsystem eine Klassifizierungskategorie für die Erkennung von Insassen oder Nicht-Insassen (d. h. ein Objekt, das vorhanden ist, aber ausschließlich kein menschlicher Insasse). In einer Ausführungsform stellt das Erkennungssystem fest, ob etwas in einem Fahrzeug zurückgelassen wurde. In einer Ausführungsform detektiert das Erkennungssystem ein Objekt. In einer Ausführungsform detektiert das Sensorsystem ein Objekt auf passive Weise. In einer Ausführungsform detektiert das Erkennungssystem ein Objekt mit aktiven Mitteln. In einer Ausführungsform detektiert das Sensorsystem eine Art von Insassenobjekt entweder durch aktive und/oder passive Mittel. In einer Ausführungsform erkennt das Sensorsystem wenigstens eine Person, einen Autositz, eine Handtasche, einen Laptop, ein Telefon, einen Hund, eine Katze usw. In einer Ausführungsform kann jede logische Kategorie (z.B. Vorhandensein oder Abwesenheit eines menschlichen Insassen) oder Messwertschätzung (z.B. Größe, Gewicht) jeweils separat auch einen berechneten Vertrauensfaktor (d. h. Konfidenzniveau) enthalten (z.B. 99,9999% leer, 80% Konfidenzhöhe 5'6''). In einer Ausführungsform erfasst das Sensorsystem die Kissen- und Gegendruckverteilung. In einer Ausführungsform bestimmt das Sensorsystem die dynamische Bewegung, z.B. wie viel und wie oft sich ein Insasse bewegt.
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Wie bereits erwähnt, können aufgrund der Empfindlichkeit der eingesetzten Sensoren neben der Anwesenheit auch andere Informationen über den Insassen 40 ermittelt werden. In einer Ausführungsform wird maschinelles Lernen auf die Daten angewandt, die aus den Messungen des Sensorsystems im oder am Sitz 50 stammen, um das Gewicht der auf dem Sitz 50 sitzenden Person genau zu bestimmen. Da das Fahrzeug in der Lage ist, die physischen Merkmale der auf dem Sitz 50 sitzenden Person genau zu bestimmen, kann es außerdem so programmiert werden, dass es entsprechend reagiert, indem es das Gewicht der Person mit der wahrscheinlichen Identität des Fahrers korreliert. In einer Ausführungsform passt das Fahrzeug beispielsweise automatisch seine Einstellungen an, wenn das Erkennungssystem 100 feststellt, dass ein Mann mit einem Gewicht von 100 kg im Fahrzeug sitzt. Die Einstellungen des Fahrzeugs können auf die Person eingestellt werden, die am ehesten mit dem gemessenen Gewicht von 185 Pfund in Verbindung gebracht werden kann. In einer Ausführungsform wird die Anzahl der Insassen in einem Fahrzeug anhand der Messungen des Sensorsystems 100 ermittelt. In einer Ausführungsform werden die Anzahl und das Gewicht der Insassen in einem Fahrzeug mit Hilfe der Sensoren bestimmt. In einer Ausführungsform ist das Fahrzeug so programmiert, dass es die Identität der Insassen 40 auf der Grundlage ihres Sitzplatzes, ihres Gewichts und/oder anderer physischer Merkmale, die über das Sensorsystem 100 ermittelt wurden, bestimmt. In einer Ausführungsform optimiert das Fahrzeug den Kraftstoffverbrauch auf der Grundlage der vom Sensorsystem 100 ermittelten Fahrzeuglast. In einer Ausführungsform stellen Sensorsysteme im Fahrgastraum auf der Grundlage der Gewichtsmessung fest, ob sich noch ein Kleinkind in einem Autositz befindet. Dieser Messwert wird dann verwendet, um einen Alarm oder eine andere Warnanzeige auszulösen, wenn das Kleinkind nicht entfernt wird, wenn das Fahrzeug für eine gewisse Zeit angehalten wird.
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Es versteht sich von selbst, dass die Sensorsysteme 100 zusätzlich zum Sitzbereich des Sitzes 50 auch an anderen Stellen auf und in dem Sitz 50 angeordnet sein können. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme 100 im Rückenbereich des Sitzes 50. Die im Rückenbereich des Sitzes 50 angeordneten Sensorsysteme 100 können verwendet werden, um Informationen über verschiedene Bewegungen des Insassen zu ermitteln. Zum Beispiel können plötzliche Bewegungen genutzt werden, um zusätzliche Informationen über die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder das Gelände, über das sich das Fahrzeug bewegt, zu ermitteln. In einer Ausführungsform wird diese Art von Informationen vom Fahrzeug verwendet, um die Steuerung des Fahrzeugs oder die Bewegung des Fahrzeugs anzupassen. Wird beispielsweise festgestellt, dass eine plötzliche Bewegung oder ein Ruck über einen Schwellenwert hinaus erfolgt, werden Airbags ausgelöst oder die Bremsen aktiviert. In einer Ausführungsform befinden sich die Sensorsysteme in der Kopfstütze des Fahrzeugs. In einer Ausführungsform werden biometrische Daten über den Insassen 40 auf der Grundlage seiner Interaktion mit dem Sitz 50 erfasst. In einer Ausführungsform werden die Position und die Bewegungen eines Insassen 40 verwendet, um festzustellen, ob der Insasse 40 gerade einschläft. Wenn der Insasse einschläft, kann ein Alarm ausgelöst werden. Auch andere potenziell gefährliche Situationen können von den Sensorsystemen anhand der Position und der Bewegungen des Insassen 40 auf dem Sitz 50 überwacht und erkannt werden, z.B. abgelenktes Fahren und Fahren unter Drogeneinfluss.
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Auch wenn Autositze abgebildet sind, können die Sensorsysteme natürlich auch in Sitzen von anderen Fahrzeugen als Autos verwendet werden. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme in LKW-Sitzen verwendet. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme in Bootssitzen verwendet. In einer Ausführungsform sind die Sensorsysteme in wasserdichtes Material in den Bootssitzen eingebettet. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme in Flugzeugsitzen verwendet. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme in Zugsitzen verwendet.
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Auch wenn die hierin diskutierten Sitze im Zusammenhang mit Fahrzeugen, Sitzen, Stühlen und dergleichen diskutiert werden, können die Sensorsysteme in oder auf Stoffen und Materialien von Sitzen in anderen Bereichen eingesetzt werden. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme in Stadionsitzen verwendet. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme bei Stühlen in Wohnungen eingesetzt. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme bei Sitzen in Wartezimmern eingesetzt. In einer Ausführungsform werden die Sensorsysteme bei Sitzen auf Fahrgeschäften in Vergnügungsparks eingesetzt.
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Ein Aspekt der Offenbarung ist ein Sensorsystem. Das Sensorsystem umfasst eine Gruppe von Sendeantennen, die funktionsfähig mit einem Fahrzeugsitz verbunden sind, wobei jede Sendeantenne so angepasst ist, dass sie ein Signal sendet, das orthogonal zu jedem anderen Signal ist, das während einer Integrationsperiode gesendet wird, eine Vielzahl von Empfangsantennen, wobei jede der Vielzahl von Empfangsantennen so angepasst ist, dass sie gesendete Signale empfängt; einen Prozessor, der so angepasst ist, dass er eine Messung der gesendeten und empfangenen Signale bestimmt, wobei der Prozessor ferner so angepasst ist, dass er die Messungen verarbeitet, um die Position oder Bewegung eines Insassen des Fahrzeugsitzes zu bestimmen; und einen Erdungsabschnitt, der in der Nähe von zumindest einer aus der Vielzahl von Empfangsantennen oder zumindest einer aus der Vielzahl von Sendeantennen angeordnet ist, wobei der Erdungsabschnitt dazu eingerichtet ist, die Bestimmung der Messungen der empfangenen gesendeten Signale zu unterstützen.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Sensorsystem. Das Sensorsystem umfasst wenigstens eine Sendeantenne, die dazu eingerichtet ist, ein Signal zu senden, das orthogonal zu jedem anderen während einer Integrationsperiode gesendeten Signal ist, wenigstens eine Empfangsantenne, die dazu eingerichtet ist, gesendete Signale zu empfangen; einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist, eine Messung der gesendeten und empfangenen Signale zu bestimmen, wobei der Prozessor ferner dazu eingerichtet ist, die Messungen zu verarbeiten, um die Position oder Bewegung einer Person zu bestimmen; und einen Erdungsabschnitt, der in der Nähe der wenigstens einen Empfangsantenne oder der wenigstens einen Sendeantenne angeordnet ist, wobei der Erdungsabschnitt dazu eingerichtet ist, die Bestimmung der Messungen der gesendeten und empfangenen Signale zu unterstützen.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Sensorsystem. Das Sensorsystem umfasst wenigstens eine Sendeantenne, die dazu eingerichtet ist, ein Signal zu senden, das orthogonal zu jedem anderen während einer Integrationsperiode gesendeten Signal ist, wenigstens eine Empfangsantenne, die dazu eingerichtet ist, gesendete Signale zu empfangen; einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist, eine Messung der gesendeten und empfangenen Signale zu bestimmen, wobei der Prozessor ferner dazu eingerichtet ist, die Messungen zu verarbeiten, um die Position oder Bewegung zu bestimmen; und einen Erdungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, die Bestimmung der Messungen der gesendeten und empfangenen Signale während der Annäherung der wenigstens einen Sendeantenne oder der wenigstens einen Empfangsantenne zu unterstützen.
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Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen in Form und Details vorgenommen werden können, ohne vom Prinzip und Umfang der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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