DE19709197A1 - Sensor apparatus of seat occupant detection system used in motor vehicle - Google Patents
Sensor apparatus of seat occupant detection system used in motor vehicleInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Erfassen des Vorhandenseins einer Druck kraft, insbesondere zur Feststellung des Vorhanden seins eines Insassen bzw. einer Person auf einem Sitz.The present invention relates to a Sensor for detecting the presence of a pressure force, especially to determine the existence his an occupant or a person in a seat.
Ein Sitzbelegungssensor ist in der EP 0 476 356 be schrieben. In dieser Schrift ist ein piezoelektrisches Kabel in mäandernder Form im Bereich der Sitzober fläche vorgesehen, wobei das Kabel auf Druckkräfte anspricht, um dadurch die Feststellung einer Masse auf der Sitzoberfläche zu ermöglichen. Die an verschiede nen Stellen des Sensorkabels erzeugten Druckkräfte sind nicht nur von der Masse abhängig, sondern auch von der Position des Insassen. In Anbetracht der großen Unterschiede in der Anatomie und der Sitzposi tion möglicher Insassen ist es schwierig, aufgrund der sehr unterschiedlichen Sensorsignale eine zuverlässige Feststellung von Sitzinsassen zu erzielen. Außerdem verformt sich die nachgiebige Sitzoberfläche mit der Zeit, und die Eigenschaften des Sensorsignals verän dern sich dadurch. Bei Verwendungen in Kraftfahrzeugen wird die Feststellung eines Sitzinsassen zur Anweisung einer Aktivierung eines Airbags oder anderer Kraft fahrzeug-Sicherheitseinrichtungen verwendet. Die Er fassung eines Sitzinsassen muß daher extrem zuver lässig sein. A seat occupancy sensor is described in EP 0 476 356 wrote. There is a piezoelectric in this document Cable in a meandering shape in the area of the seat upper Surface provided, the cable to compressive forces responds, thereby determining a mass to allow the seat surface. The various NEN points of the sensor cable generated pressure forces are not only dependent on the mass, but also from the position of the occupant. In view of the big differences in anatomy and seating position tion of possible occupants, it is difficult due to the very different sensor signals a reliable To achieve detection of seat occupants. Furthermore the resilient seat surface deforms with the Time, and the properties of the sensor signal change change themselves. When used in motor vehicles the determination of a seat occupant becomes an instruction activation of an airbag or other force vehicle safety devices used. The he A seat occupant must therefore be extremely reliable be casual.
Es wäre daher wünschenswert, die Zuverlässigkeit der herkömmlichen Sitzbelegungs-Sensorsysteme zu verbes sern. In der Automobilindustrie, wie auch in vielen anderen Industrien, ist es ferner von wesentlicher Bedeutung, kostengünstige Komponenten vorzusehen, die nicht nur günstig herstellbar, sondern auch kosten günstig montierbar sind, z. B. in einem Kraftfahrzeug.It would therefore be desirable to ensure the reliability of the conventional seat occupancy sensor systems ser. In the automotive industry, as in many other industries, it is also essential Importance to provide inexpensive components that not only cheap to manufacture, but also cost are inexpensive to assemble, e.g. B. in a motor vehicle.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung einer zuverlässigen Sensorvorrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins einer Druckkraft, ins besondere zum Feststellen der Belegung eines Sitzes.An object of the present invention is therefore in the creation of a reliable sensor device to detect the presence of a compressive force, ins especially for determining the occupancy of a seat.
Weiterhin wäre es von Vorteil, wenn sich eine solche Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung in kostengünstiger Weise herstellen ließe und sich diese ferner in dem Gerät, der Vorrichtung oder Maschine, für die sie be stimmt ist, in einfacher Weise einbauen und montieren läßt.It would also be an advantage if there was one Seat occupancy sensor device in less expensive Could be produced and this can also be found in the Device, device or machine for which it be is true, install and assemble in a simple manner leaves.
Erreicht werden die genannten Ziele der vorliegenden Erfindung durch Schaffung einer Sensorvorrichtung, die auf Druckkräfte anspricht, wobei die Sensorvorrichtung ein Sensorkabel aufweist, das auf Druckkräfte an spricht und in einer Matte angeordnet ist. Bei dem Sensorkabel kann es sich um ein piezoelektrisches Kabel handeln, wie z. B. ähnlich dem in der EP 0 476 356 beschriebenen piezoelektrischen Kabel, und zwar aufgrund der hohen Empfindlichkeit bzw. des hohen An sprechvermögens desselben auf Druckkräfte. Bei der Matte handelt es sich vorzugsweise um eine flexible dünne Matte, in die das Kabel eingebettet ist. Die Matte läßt sich in verschiedenen Formen und Größen vorsehen, wobei eine solche Matte eine Schicht zwischen einer Kraftfahrzeugsitzanordnung und dem Rahmen bildet, auf dem der Sitz gehaltert ist, wobei der Rahmen an dem Chassis oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs angebracht ist. Auf diese Weise werden die Masse und die Trägheitskräfte eines Insassen durch den Sitz hindurch (der die Schaum- und Federma terialien beinhaltet) und sodann auf die Matte über tragen, die nur die Gesamtkräfte aufnimmt und nicht spezielle Druckkräfte, die sich auf die Anatomie oder die Sitzposition des Insassen beziehen.The stated objectives of the present are achieved Invention by creating a sensor device that responsive to pressure forces, the sensor device has a sensor cable that responds to compressive forces speaks and is arranged in a mat. In which Sensor cable can be a piezoelectric Trade cables, such as B. similar to that in EP 0 476 356 described piezoelectric cable, namely due to the high sensitivity or high An ability to respond to pressure forces. In the Mat is preferably a flexible one thin mat in which the cable is embedded. The Mat can come in different shapes and sizes provide such a mat one layer between a motor vehicle seat assembly and the Forms a frame on which the seat is held, wherein the frame on the chassis or body of the Motor vehicle is attached. That way the mass and inertia of an occupant through the seat (which holds the foam and feather materials) and then onto the mat wear that only absorbs the total forces and not special compressive forces that affect the anatomy or refer to the seating position of the occupant.
Das Kabel kann innerhalb der Matte mit elektronischen Einrichtungen verbunden sein, die das Sensorsignal zur Datenübertragung zu einer an einer anderen Stelle in dem Kraftfahrzeug angeordneten Steuerelektronik ver stärken und verarbeiten. Diese Vorverarbeitung des Sensorsignals ermöglicht eine Übertragung eines Sen sorsignals von der Sensorvorrichtung, die unempfind lich für Rauschen und andere elektromagnetische Stö rungen ist, wobei die Verbindung zwischen der Kraft fahrzeugelektronik und der Sensorvorrichtung dadurch nur ziemlich gewöhnliche und kostengünstige Zwischen verbindungssysteme benötigt (es besteht z. B. eine Notwendigkeit für ein mit hoher Geschwindigkeit arbei tendes Koaxialkabel zwischen dem Sensor und der Elek tronik zur Gewährleistung einer zuverlässigen Signal übertragung mit hoher Geschwindigkeit).The cable can be electronic inside the mat Devices connected to the sensor signal Data transfer to another in another place the control electronics arranged ver strengthen and process. This preprocessing of the Sensor signal enables transmission of a sen sorsignals from the sensor device, the insensitive Lich for noise and other electromagnetic interferences is the connection between the force vehicle electronics and the sensor device thereby just pretty ordinary and inexpensive intermediate connection systems required (e.g. there is a Need for a high speed job coaxial cable between the sensor and the elec tronics to ensure a reliable signal high speed transmission).
Die elektronischen Einrichtungen können auf einer ge druckten Schaltungsplatte oder einem flexiblen Sub strat vorgesehen sein, das in die Matte eingebettet ist, oder sie können auf der Matte positioniert sein und mit dem Sensorkabel direkt verbunden sein, wie z. B. mit dem äußeren und dem inneren Leiter eines piezo elektrischen Koaxialkabels. Ferner ist die Sensorvor richtung dann mit einem Verbinder zur Herstellung einer Verbindung mit dem Elektroniksystem des Kraft fahrzeugs ausgestattet. The electronic devices can on a ge printed circuit board or a flexible sub Strat be provided, which is embedded in the mat or they can be positioned on the mat and be directly connected to the sensor cable, such as. B. with the outer and inner conductors of a piezo electrical coaxial cable. Furthermore, the sensor is in front then use a connector to manufacture a connection to the electronic system of the Kraft vehicle equipped.
Das Sensorkabel ist vorteilhafterweise im wesentlichen in Form eines Dreiecks angeordnet, wodurch sich der Vorteil eines kurzen Kabels ergibt, das sich über be trächtliche Oberflächenbereiche der Matte erstreckt um Druckkräfte aufzunehmen. Insbesondere verstärkt das Dreieck die Wirkung einer "Dreipunktlagerung", die zum Haltern eines Gegenstands auf einer Oberfläche erfor derlich ist (d. h. es müssen drei Freiheitsgrade be seitigt werden, um einen Gegenstand in einer bestimm ten Weise auf einer Oberfläche zu positionieren) . Bei auf dem Sensordreieck gehaltertem Sitz wird wenigstens eine der Seiten der Dreieckform gut zusammengedrückt, wodurch sichergestellt ist, daß eine beträchtliche Länge des Sensorkabels mit Druckkraft beaufschlagt wird, wodurch die Zuverlässigkeit des Signals ge steigert wird.The sensor cable is advantageously essentially arranged in the shape of a triangle, whereby the Advantage of a short cable that can be stretching mat surface areas to absorb pressure forces. In particular, this reinforces Triangle the effect of a "three-point bearing", which leads to Hold an object on a surface is (i.e. there must be three degrees of freedom be sided to an object in a certain position on a surface). At at least the seat held on the sensor triangle one of the sides of the triangle shape well compressed, which ensures that a substantial Length of the sensor cable is subjected to pressure is, whereby the reliability of the signal ge is increased.
Die Matte kann mit relativ starren Schichten versehen sein, die sich in der Ebene der Matte erstrecken und die die Druckkräfte von Bereichen in der Nähe des Sen sorkabels, jedoch nicht von oberhalb des Sensorkabels befindlichen Bereichen auf das Kabel übertragen, wobei die diese Schichten beinhaltende Matrix flexibel ist und z. B. aus elastomerem Material besteht. Bei einer solchen Ausbildung ist eine oder mehrere Lagen aus gewebtem Fasermaterial (mit einem relativ hohen Ela stizitätsmodul im Vergleich zu der flexiblen Schicht) vorstellbar, die in die Ebene der Matte eingebettet ist bzw. sind. Die Fasern würden ferner eine Ver formung des Sensors durch Kräfte in der Ebene der Matte verhindern, die das Sensorkabel oder die elek tronischen Einrichtungen beeinträchtigen oder beschä digen könnten. The mat can be provided with relatively rigid layers be that extend in the plane of the mat and which the compressive forces from areas near the Sen cable, but not from above the sensor cable transferred areas to the cable, where the matrix containing these layers is flexible and Z. B. consists of elastomeric material. At a such training is made up of one or more layers woven fiber material (with a relatively high ela strength module compared to the flexible layer) imaginable, which is embedded in the plane of the mat is or are. The fibers would also have a ver Formation of the sensor by forces in the plane of the Prevent mat that the sensor cable or the elec affect or damage electronic equipment could do.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred developments of the invention result from the subclaims.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention and developments of the invention will in the following with reference to an example explained in more detail on the accompanying drawings. In the drawings show:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Sitzes und eines Rahmens in einem geringfügig vonein ander getrennten Zustand zur Veranschaulichung der Positionierung einer Sensorvorrichtung zwischen diesen; Figure 1 is a schematic side view of a seat and a frame in a slightly separated from each other to illustrate the positioning of a sensor device between them.
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Sensor vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Figure 2 is a schematic plan view of the sensor device according to the present invention.
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2. Fig. 3 is a cross sectional view taken along the line 3-3 of FIG. 2.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeugsitz schematisch dargestellt, der einen Basisrahmen 2, der an dem Chassis oder Fahrgestell 3 eines Kraftfahrzeugs angebracht ist, sowie ferner einen Sitz 4 aufweist, der auf dem Rahmen 2 anbringbar ist, so daß der Sitz sicher in dem Fahrzeug festgehalten ist. Eine Sensor vorrichtung 10 ist zwischen dem Sitz 4 und dem Rahmen 2 vorgesehen, wobei diese Sensorvorrichtung zum Erfas sen von Druckkräften dient. Eine Positionierung des Sensors 10 unter dem Sitz ermöglicht eine Ausbildung des Sensors in relativ unabhängiger Weise von der Ana tomie einer auf dem Sitz 4 befindlichen Person, und zwar unter Erfassung der Gesamtkräfte des Sitzes sowie der darauf sitzenden Person auf dem Rahmen 2. Der Rah men 2 besitzt eine relativ steife Konstruktion. Der Sitz 4 kann in vielen herkömmlichen Weisen an dem Rah men 2 befestigt werden, wobei die anfängliche Kompres sion des Sensors 10 keine Einwirkung auf die Wirksam keit oder Zuverlässigkeit des Sensors hat, da das er forderliche Sensorsignal durch die relative Verän derung der Druckkräfte erzeugt wird.Referring to Fig. 1, a motor vehicle seat is shown schematically, which has a base frame 2 , which is attached to the chassis or chassis 3 of a motor vehicle, and also a seat 4 , which can be attached to the frame 2 , so that the seat is securely in the vehicle is held. A sensor device 10 is provided between the seat 4 and the frame 2 , this sensor device being used for detecting pressure forces. Positioning the sensor 10 under the seat enables the sensor to be designed in a relatively independent manner from the anatomy of a person located on the seat 4 , specifically by recording the total forces of the seat and the person sitting on the frame 2 . The frame men 2 has a relatively rigid construction. The seat 4 can be attached to the frame 2 in many conventional ways, the initial compression of the sensor 10 having no effect on the effectiveness or reliability of the sensor, since the required sensor signal is generated by the relative change in the pressure forces .
Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 zu sehen ist, ist die Sensorvorrichtung 10 in Form einer dünnen Matte 12 ausgebildet, die eine flexible Schicht aus einem Material 14 aufweist, in das ein Sensorkabel 16 eingebettet ist, wobei ferner eine elektronische Schaltung 18 vorhanden ist, die mit einem Ende 20 des Sensorkabels 16 verbunden ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensorka bel um ein piezoelektrisches Koaxialkabel ähnlich dem in der EP 0 476 356 beschriebenen. Es könnten auch andere Sensorkabel verwendet werden, wie z. B. her kömmliches elektrisches Koaxialkabel, obwohl ein piezoelektrisches Kabel ein hohes Ansprechvermögen auf Druckkräfte aufweist und aus diesem Grund für solche Anwendungen besonders geeignet ist. Wenn das Piezo elektrische Material Kompression bzw. Druckkräften ausgesetzt wird, erzeugt es eine elektrische Ladung, die einen elektrischen Impuls liefert. Eine passive Verwendung des Kabels registriert somit nur Änderungen der Kraft. Das Kabel kann jedoch einer Potentialdiffe renz (zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter des Kabels z. B.) ausgesetzt werden, um dadurch eine sta tische Druckkraft zu erfassen. Die Elektronik 18 kann zur Handhabung der wie auch immer für die geeignetste Signalform erachteten Form von Signal ausgebildet wer den.As can be seen with reference to FIGS . 2 and 3, the sensor device 10 is designed in the form of a thin mat 12 which has a flexible layer made of a material 14 in which a sensor cable 16 is embedded, and further an electronic circuit 18 is present, which is connected to one end 20 of the sensor cable 16 . In the present exemplary embodiment, the sensor cable is a piezoelectric coaxial cable similar to that described in EP 0 476 356. Other sensor cables could also be used, e.g. B. forth conventional electrical coaxial cable, although a piezoelectric cable has a high response to compressive forces and is therefore particularly suitable for such applications. When subjected to compression or compressive forces, the piezoelectric material generates an electrical charge that provides an electrical pulse. Passive use of the cable therefore only registers changes in force. However, the cable can be exposed to a potential difference (between the inner and outer conductors of the cable, for example), to thereby detect a static compressive force. The electronics 18 can be designed to handle the form of signal deemed to be the most suitable signal form.
Die Sensorsignale werden von der Elektronik 18 verar beitet, die eine Schwellenwertdetektor-, Verstärker- und Auswerteschaltung aufweisen kann, die die elektri schen Signale von dem Sensorkabel verarbeitet und ver stärkt, bevor diese der Steuerelektronik in einem Kraftfahrzeug zugeführt werden. Die verstärkten und verarbeiteten Signale sind somit viel weniger empfind lich für Rauschen und können der Steuerelektronik des Kraftfahrzeugs unter Verwendung kostengünstiger elek trischer Kabel und Verbindersysteme mit hoher Zuver lässigkeit zugeführt werden. Die Elektronik 18 kann entweder auf einer flexiblen Schaltung mit darauf an gebrachten Komponenten oder auf einer starren Schal tungsplatte vorgesehen sein, die sich innerhalb der Dicke der Matte aufnehmen läßt. Die Matte würde dann gleichzeitig eine Schutzabdeckung für die Elektronik 18 schaffen.The sensor signals are processed by the electronics 18 , which may have a threshold detector, amplifier and evaluation circuit which processes and amplifies the electrical signals from the sensor cable before they are supplied to the control electronics in a motor vehicle. The amplified and processed signals are thus much less sensitive to noise and can be supplied to the control electronics of the motor vehicle with high reliability using inexpensive electrical cables and connector systems. The electronics 18 can either be provided on a flexible circuit with components placed thereon or on a rigid circuit board which can be accommodated within the thickness of the mat. The mat would then simultaneously provide a protective cover for the electronics 18 .
Das Sensorkabel 16 ist in Form eines offenen Dreiecks ausgebildet, wobei sich die Seiten des Dreiecks über beträchtliche Flächenbereiche der Matte erstrecken. Wenn das Kabel 16 geringfügig steifer ist als die flexible Schicht 14 der Matte, führt eine Kompression der Matte zwischen zwei Ebenen zur Erzeugung einer Kompression der drei Schenkel 20, 22, 24 des in Form eines Dreiecks angeordneten Sensorkabels. Die Halte rung auf einer Ebene ist durch drei Punkte definiert, und aus diesem Grund wird wenigstens einer der Schen kel 20, 22, 24 gut zusammengedrückt, so daß sich ein gutes Sensorsignal schaffen läßt. Letzteres stellt außerdem sicher, daß nur eine kurze Länge des Sensor kabels 16 erforderlich ist, wobei dies auch für die Übertragung der Sensorsignale sowie deren Unempfind lichkeit gegenüber Rauschen (d. h. einen verbesserten Rauschabstand) von Vorteil ist.The sensor cable 16 is designed in the form of an open triangle, the sides of the triangle extending over considerable areas of the mat. If the cable 16 is slightly stiffer than the flexible layer 14 of the mat, compression of the mat between two levels leads to compression of the three legs 20 , 22 , 24 of the sensor cable arranged in the form of a triangle. The retention tion on one level is defined by three points, and for this reason at least one of the legs 20 , 22 , 24 is well compressed so that a good sensor signal can be created. The latter also ensures that only a short length of the sensor cable 16 is required, which is also advantageous for the transmission of the sensor signals and their insensitivity to noise (ie an improved signal-to-noise ratio).
Um der Matte 2 mechanische Widerstandsfähigkeit zu verleihen, können widerstandsfähige Schichten 26, 28 aus widerstandsfähigen Materialien, wie z. B. gewebte Fasermatten mit Fasern mit hoher Zugfestigkeit, über oder unter dem Sensorkabel 16 vorgesehen werden. Die Anordnung der widerstandsfähigen Schichten 26, 28 ist auch der Erzielung einer besseren Verteilung von Druckkräften, die sich nicht direkt über dem Sensorka bel 16 befinden, auf das Sensorkabel zuträglich, und zwar aufgrund ihres viel höheren Elastizitätsmoduls im Vergleich zu der flexiblen Schicht 14. Zum Beispiel erzeugt eine Kraft F, die in dem Zentrum der Matte 12 wirkt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, eine Zugkraft T in der widerstandsfähigen Schicht 26 aufgrund einer nach innen gehenden Verformung D der Schicht 26 um die Einwirkungsstelle der Kraft F herum. Da die Schicht 26 einen hohen Elastizitätsmodul (geringe Elastizität) besitzt, wird der über dem Sensorkabel 16 liegende Bereich der widerstandsfähigen Schicht 26 durch den verformten Bereich der widerstandsfähigen Schicht in Richtung nach unten gezogen, wodurch eine Druckkraft auf das Sensorkabel 16 übertragen wird. Die wider standsfähigen Schichten 26, 28 helfen ferner Leim Schützen des Sensorkabels 16 und der Elektronik 18 vor übermäßiger Verformung oder anderweitiger Be schädigung.In order to give the mat 2 mechanical resistance, resistant layers 26 , 28 made of resistant materials, such as. B. woven fiber mats with fibers with high tensile strength, above or below the sensor cable 16 may be provided. The arrangement of the resistant layers 26 , 28 is also conducive to achieving a better distribution of compressive forces that are not located directly above the sensor cable 16 on the sensor cable, because of their much higher modulus of elasticity compared to the flexible layer 14 . For example, a force F acting in the center of the mat 12 , as shown in FIG. 3, creates a tensile force T in the resistant layer 26 due to an inward deformation D of the layer 26 around the point of action of the force F. . Since the layer 26 has a high modulus of elasticity (low elasticity), the region of the resistant layer 26 lying above the sensor cable 16 is pulled downwards by the deformed region of the resistant layer, as a result of which a compressive force is transmitted to the sensor cable 16 . The resistant layers 26 , 28 also help glue protect the sensor cable 16 and the electronics 18 from excessive deformation or other damage.
Die Matte kann in vielen verschiedenen Formen ausge bildet werden und in Form einer einzigen Einheit rasch und kostengünstig auf einem Sitzrahmen 2 montiert wer den. Der erfindungsgemäße Sitzbelegungssensor ist so mit in vorteilhafter Weise unempfindlich gegenüber Überlegungen im Hinblick auf die Anatomie, während er gleichzeitig besonders zuverlässig ist.The mat can be formed in many different forms and quickly and inexpensively mounted on a seat frame 2 in the form of a single unit. The seat occupancy sensor according to the invention is thus advantageously insensitive to considerations with regard to the anatomy, while at the same time it is particularly reliable.
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