DE19734508A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen des Gewichts eines Gegenstandes und/oder eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen des Gewichts eines Gegenstandes und/oder eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen des Gewichts eines Gegenstandes und/oder eines In­ sassen auf einem Fahrzeugsitz.
Insassenschutzsysteme in Kraftfahrzeugen nach dem Stand der Technik weisen neben einer Aufprallerkennung auch eine Insas­ senpositionserkennung sowie eine Gewichtserkennung für Insas­ sen oder Gegenstände auf dem Fahrzeugsitz auf. Durch Informa­ tion über Position und Gewicht des Insassen oder z. B. eines Kindersitzes soll ein dosiertes, an den Insassen angepaßtes Aufblasen zugeordneter Airbags erreicht werden.
Eine bekannte Vorrichtung zur Gewichtserkennung für ein Kraftfahrzeug (DE 42 37 072 A1) umfaßt einen Foliendrucksen­ sor in Form einer Matte, dessen elektrischer Widerstand mit zunehmendem Druck auf die Folienoberfläche abnimmt. Die Matte wird in die Sitzpolsterung des Fahrzeugsitzes eingebracht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gewichtserkennung für einen Gegenstand und/oder einen Insassen auf einem Fahrzeug­ sitz zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist.
Der die Vorrichtung betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die von einem für die Sitzverstellung vorgesehenen Elektromotor abgegebene Kraft zum Verstellen des Fahrzeugsitzes ein Maß für die durch den Elektromotor bewegte Gewichtskraft - im folgenden Gewicht. Dabei setzt sich das bewegte Gewicht aus dem Gewicht des Fahrzeugsitzes, der zu überwindenden Reibungskraft, und dem Gewicht eines Insassen auf dem Fahrzeugsitz oder eines auf dem Fahrzeugsitz angeord­ neten Gegenstandes zusammen. Zur Ermittlung der von dem Elek­ tromotor abgegebenen Kraft ist ein Sensor vorgesehen, der eine Meßgröße aufnimmt, die abhängig ist von der von dem Elektromotor gelieferten Kraft und damit von dem vom Elektro­ motor bewegten Gewicht. Eine Steuer- und Auswerteschaltung leitet im folgenden aus der beim gesteuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes aufgenommenen Meßgröße ein Gewichtsignal ab.
Vorzugsweise wird als Meßgröße der vom Elektromotor aufgenom­ mene Strom, die Drehzahl des Elektromotors oder das Drehmo­ ment des Elektromotors aufgenommen.
Zum gesteuerten Verstellen des Elektromotors steuert die Steuer- und Auswerteschaltung den Elektromotor dahingehend, daß der Elektromotor in Bewegung gesetzt wird. Es ist dabei nicht erforderlich, daß der Fahrzeugsitz auch für den Insas­ sen spürbar in seiner Position verstellt wird. Vorzugsweise sollte der Elektromotor über seine Anlaufstromphase hinaus betrieben werden, um die jeweilige Meßgröße im eingeschwunge­ nen Zustand aufnehmen zu können, wobei die Einschwingphase der Meßgröße bei Ein- oder Abschalten des Elektromotors bei ihrer Auswertung durch die Steuer- und Auswerteschaltung un­ berücksichtigt bleibt. Dazu reichen etwa fünf Umdrehungen des Elektromotors aus. Beim derart gesteuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes wird vorzugsweise der von dem Elektromotor ge­ zogene Strom durch die Steuer- und Auswerteschaltung aufge­ nommen und ausgewertet.
Vorzugsweise bedient sich die Vorrichtung zum Erkennen des Gewichts eines Elektromotors für die Sitzhöhenverstellung. Alternativ kann jedoch auch ein Elektromotor für die Sitz­ längsverstellung verwendet werden. In jedem Fall muß der Elektromotor den Fahrzeugsitz gegen das Gewicht des Insassen verstellen.
Vorzugsweise werden die bereits in einem Fahrzeugsitz zur Sitzpositionsverstellung angeordneten Elektromotoren zur Ge­ wichtserkennung verwendet. In diesem Falle sind außer dem Sensor für die Stromaufnahme sowie der Steuer- und Auswerte­ schaltung keinerlei zusätzliche Bauteile zur Gewichtserken­ nung erforderlich. Insbesondere ist kein großflächiger und mit einem Eingriff in die Fahrzeugsitzstruktur verbundener Sensor erforderlich. Der Stromsensor und die Steuer- und Aus­ werteschaltung sind auf einfache Art und Weise an den Elek­ tromotor im/am Fahrzeugsitz anschließbar, da bei einem elek­ trisch verstellbaren Fahrzeugsitz bereits mechanische und elektrische Schnittstellen für den Elektromotor im/am Fahr­ zeugsitz vorgesehen sind. Ferner kann die bereits existie­ rende Ansteuerelektronik zum Verstellen des Fahrzeugsitzes auf einfache Art soft- oder hardwaremäßig um die Steuer- und Auswerteschaltung der Gewichtserkennung erweitert werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die von Anspruch 1 und 10 abhängigen Unteransprüche gekenn­ zeichnet. Mit Anspruch 9 wird eine Steuervorrichtung für ein Insassenschutzmittel eines Kraftfahrzeugs mit einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur Gewichtserkennung beansprucht.
Ausführungsbeispielen der Erfindung und ihrer Weiterbildungen werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Kraftfahrzeugsitz,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,
Fig. 3 die zeitliche Stromaufnahme eines Elektromotors, der zum Verstellen eines Fahrzeugsitzes vorgesehen ist, bei unterschiedlichen auf dem Fahrzeugsitz an­ geordneten Gewichten,
Fig. 4 den zeitlichen Stromverlauf eines solchen Elektro­ motors bei einem Verstellen des Fahrzeugsitzes zu­ nächst in eine Richtung, dann in die entgegenge­ setzte Richtung, bei unterschiedlichen auf dem Fahrzeugsitz angeordneten Gewichten, und
Fig. 5 ein Flußdiagramm für das erfindungsgemäße Verfah­ ren.
Ein typischer Fahrzeugsitz 1 gemäß Fig. 1 weist ein Sitzpolster 11, eine Sitzlehne 12, eine Kopfstütze 13 und einen Sitzrahmen 14 auf. Der Fahrzeugsitz 1 ist verschiebbar gelagert auf Gleitschienen 15. Fahrzeugsitze lassen sich zu­ nehmend nicht nur mechanisch betätigbar verstellen sondern auch elektrisch betätigbar. Symbolisch ist dazu in Fig. 1 ein Elektromotor 21 für die Sitzhöhenverstellung eingezeich­ net, sowie ein Elektromotor 22 für die Sitzlängsverstellung entlang der Gleitschienen 15. Durch Tastendruck steuert der Insasse die entsprechenden Elektromotoren 21, 22 an, so daß der Fahrzeugsitz derart gesteuert in die gewünschte Stellung verschoben wird.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vor­ richtung. Ein Elektromotor 2 mit seinem symbolisch einge­ zeichneten Rotor 25 dient zum Verstellen eines Kraftfahrzeug­ sitzes gemäß Fig. 1. Er ist an Klemmen KL1 und KL2 einer Versorgungsenergiequelle 5 angeschlossen. Eine Steuer- und Auswerteschaltung 3 steuert über ein Steuersignal ST den Elektromotor 2. Ein Stromsensor 4 in Form eines Meßwiderstan­ des erfaßt den vom Elektromotor 2 aufgenommenen Strom iE, wo­ bei zur Ermittlung der Stromaufnahme die an dem Widerstand abfallende Meßspannung UM von der Steuer- und Auswerteschal­ tung 3 aufgenommen wird. Anhand des aufgenommenen Stroms iE gibt die Steuer- und Auswerteschaltung 3 ein Gewichtssignal GEW ab, das entweder proportional zum ermittelten Gewicht ist oder das bereits durch die Steuer- und Auswerteschaltung 3 klassifiziert wurde und für ein ermitteltes Gewicht in einem festgelegten Gewichtsintervall steht. Die Steuer- und Auswer­ teschaltung 3 ist vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebil­ det, kann aber auch eine analoge Schaltung darstellen oder als sonstige Meß- und Steuerschaltung ausgebildet sein.
Fig. 3 zeigt den zeitlichen Stromverlauf des beim gesteuer­ ten Verstellen des Fahrzeugsitzes durch den Elektromotor 2 aufgenommenen Stroms iE. Dabei ist bei dem aufgenommenen Stromverlauf iE1 kein Objekt/Insasse/Gewicht auf dem Fahr­ zeugsitz angeordnet, bei dem Stromverlauf iE2 ein geringes Gewicht und bei dem Stromverlauf iE3 ein größeres Gewicht. Allgemein ist jeder nach einem Ansteuern des Elektromotors 2 gemessene Stromverlauf iEi durch ein erstes Zeitintervall T1 für die Anlaufphase des Elektromotors 2 gekennzeichnet. Dabei ist ein Überschwingen im Stromverlauf iE festzustellen. Nach der Anlaufphase ist der Stromverlauf iE durch einen etwa kon­ stanten, eingeschwungenen Betriebsstrom im Zeitintervall T2 gekennzeichnet. Zu diesen Zeitpunkten verstellt der Elektro­ motor 2 kontinuierlich den Fahrzeugsitz unter Aufnahme eines annähernd konstanten, eingeschwungenen Betriebsstromes, des­ sen Amplitude insbesondere gewichtsabhängig ist. Zum Zeit­ punkt t3 gemäß Fig. 3 wird beispielsweise das Verstellen des Fahrzeugsitzes durch ein entsprechendes Steuersignal ST abge­ brochen. Damit ist das gesteuerte Verstellen zum Erkennen des Gewichts abgeschlossen. Der Elektromotor kann natürlich ohne weiteres weiterhin betrieben werden, um beispielsweise dem Wunsch des Insassen nach einem Verstellen des Fahrzeugsitzes gerecht zu werden.
Das gesteuerte Verstellen des Fahrzeugsitzes zur Gewichtser­ kennung wird vorzugsweise nach jeder Inbetriebnahme des Fahr­ zeugs, also nach Betätigung der Fahrzeugzündung veranlaßt, da zu diesem Zeitpunkt bereits davon ausgegangen werden kann, daß Insassen im Fahrzeug Platz genommen haben. Vorzugsweise wird in festgelegten Abständen bei Betrieb des Fahrzeugs die Messung zur Gewichtserkennung wiederholt, um Änderungen der auf einen Fahrzeugsitz einwirkenden Gewichtskraft feststellen zu können.
Die Steuer- und Auswerteschaltung 3 führt beispielsweise fol­ gende Auswertung des aufgenommenen eingeschwungenen Be­ triebsstromes iE1 durch: Ein aufgrund einer Messung aufgenom­ mener eingeschwungener Betriebsstrom, z. B. iE2, wird mit einem abgespeicherten eingeschwungenen Betriebsstrom iE1 durch Differenzbildung verglichen. Der in einem EPROM der Steuer- und Auswerteschaltung 3 abgespeicherte Betriebsstromwert iE1 entspricht der Stromaufnahme des Elektromotors zum Verstellen eines nicht belegten Fahrzeugsitzes. Dieses Differenzsignal wird dann als Gewichtssignal GEW von der Steuer- und Auswer­ teschaltung 3 geliefert. Vorzugsweise kann dieses Differenz­ signal in der Steuer- und Auswerteschaltung 3 weiter mit ver­ schiedenen Schwellwerten verglichen werden, so daß als Ergeb­ nis ein klassifiziertes Gewichtssignal GEW von der Steuer- und Auswerteschaltung 3 geliefert wird.
Vorzugsweise wird das Gewichtssignal GEW als Differenz zweier gemessener eingeschwungener Betriebsströme iEi gebildet:
Gemäß Fig. 4 wird in einem ersten Zeitintervall T1 der Elek­ tromotor 2 durch die Steuer- und Auswerteschaltung 3 derart gesteuert, daß der Fahrzeugsitz in eine erste vorgegebene Richtung verstellt wird. Die Stromaufnahme iE1A kennzeichnet dabei den Stromverlauf bei nicht belegtem Fahrzeugsitz, der Strom iE2A dagegen den Stromverlauf bei belegtem Fahrzeugsitz. in einem sich an das Zeitintervall T1 anschließenden Zeitin­ tervall T2 wird veranlaßt durch die Steuer- und Auswerte­ schaltung 3 der Elektromotor 2 dahingehend gesteuert, daß er Fahrzeugsitz in einer zur ersten Richtung entgegengesetz­ ten Richtung verstellt. Wird beispielsweise im Zeitintervall T1 der Fahrzeugsitz über die elektromotorische Höhenverstel­ lung angehoben, so wird er im Zeitintervall T2 wiederum abge­ senkt. Der Strom iE1R kennzeichnet dabei den Stromverlauf bei nicht belegtem Fahrzeugsitz, der Strom iE2R dagegen den Strom­ verlauf bei belegtem Fahrzeugsitz. Ist zum Anheben eines be­ legten Fahrzeugsitzes eine größere Stromaufnahme durch den Elektromotor erforderlich als bei unbelegtem Fahrzeugsitz, so ist beim Absenken des belegten Fahrzeugsitzes eine geringere Stromaufnahme erforderlich als bei unbelegtem Fahrzeugsitz, da hier das Gewicht des Insassen den Elektromotor in seiner Abwärtsbewegung unterstützt.
Wird nun die Differenz der Stromaufnahme und insbesondere des Ruhestroms im Zeitintervall T1 und im Zeitintervall T2 gebil­ det, so ist das Differenzsignal als Gewichtssignal GEW insbe­ sondere unabhängig von Nullpunkt- und Offsetfehlern der Steuer- und Auswerteschaltung 3. Ferner werden bei der Sitz­ verstellung zu überwindende Reibungskräfte infolge der Diffe­ renzbildung automatisch ausgemittelt. Das eigentlich zu er­ mittelnde Gewicht des Insassen oder des Objekts geht mit dem Faktor zwei in das Differenzsignal ein.
Gegebenenfalls kann auch der Anlaufstrom für die Berechnung eines Gewichtssignals GEW herangezogen werden.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm mit sequentiellen Verfah­ rensschritten für das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen des Gewichts eines Gegenstandes und/oder eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz. Nach Start mit Schritt S0 wird mit Schritt S1 der Elektromotor durch die Steuer- und Auswerte­ schaltung angesteuert. Während des Verstellbetriebs des Elek­ tromotors wird mit Schritt S2 der von dem Elektromotor aufge­ nommene Verstellstrom ermittelt und mit Schritt S3 in einen Speicher der Steuer- und Auswerteschaltung abgelegt. Nach dem Abschalten des Elektromotors wird im Schritt S4 ein Steuer­ signal an den Elektromotor geliefert, das ein Verstellen des Fahrzeugsitzes in entgegengesetzter Richtung bewirkt. Mit Schritt S5 wird wiederum die Stromaufnahme des Elektromotors gemessen. Mit Schritt S6 wird diese ermittelte Stromaufnahme in einem Speicher der Steuer- und Auswerteschaltung abgelegt, bevor mit Schritt S7 aus den abgelegten Stromwerten die auf den Fahrzeugsitz einwirkende Gewichtskraft ermittelt wird. Mit Schritt S8 wird das Verfahren beendet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Erkennen des Gewichts eines Gegenstandes und/oder eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz
mit einem steuerbaren Elektromotor (2) zum Verstellen des Fahrzeugsitzes (1),
mit einem Sensor (4) zur Aufnahme einer Meßgröße, die abhängt von der vom Elektromotor gelieferten Kraft, und
mit einer Steuer- und Auswerteschaltung (3), die aus der beim gesteuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) aufgenommenen Meßgröße ein Gewichtssignal (GEW) ableitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Sensor (4) die Stromaufnahme des Elektromotors (2) aufnimmt aus dem beim ge­ steuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) aufgenommenen Strom (iE) ein Gewichtssignal (GEW) durch die Steuer- und Auswerteschaltung (3) abgeleitet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Sensor (4) die Drehzahl des Elektromotors (2) aufnimmt und aus der beim ge­ steuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) aufgenommenen Drehzahl ein Gewichtssignal (GEW) durch die Steuer- und Aus­ werteschaltung (3) abgeleitet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Sensor (4) das Drehmoment des Elektromotors (2) aufnimmt und aus dem beim gesteuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) aufgenommenen Drehmoment ein Gewichtssignal (GEW) durch die Steuer- und Auswerteschaltung (3) abgeleitet wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Elektromotor (2) zum Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) in seiner Höhe vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Gewichtssignal (GEW) aus dem eingeschwungenen Betriebsstrom abgeleitet wird.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gewichtssignal (GEW) aus der Differenz abgeleitet wird zwischen der Meßgröße (iEA), die beim gesteuerten Ver­ stellen des Fahrzeugsitzes (1) in eine erste Richtung aufgenommen wird, und der Meßgröße (iER), die beim gesteuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung aufgenommen wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 7, bei der zur Ermittlung des Gewichtssignals (GEW) jeweils der eingeschwungene Betriebsstrom verwendet wird.
9. Steuervorrichtung für ein Insassenschutzmittel eines Kraftfahrzeugs, mit einer Vorrichtung zur Gewichtserkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest in Abhängigkeit des von der Vorrichtung zur Gewichtserkennung gelieferten Gewichtssignals (GEW) ein beabsichtigtes Auslösen des Insassenschutzmittels verhindert oder ein dosiertes Auslösen des Insassenschutzmittels eingeleitet wird.
10. Verfahren zum Erkennen des Gewichts eines Gegenstandes und/oder eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz,
bei dem eine Meßgröße aufgenommen wird, die abhängt von der von dem Elektromotor gelieferten Kraft (1), und
bei dem aus der beim Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) aufgenommenen Meßgröße (iE) ein Gewichtssignal (GEW) abgeleitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Gewichtssignal aus der Differenz abgeleitet wird zwischen der Meßgröße (iEA), die beim gesteuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) eine erste Richtung aufgenommen wird, und der Meßgröße (iER), die beim gesteuerten Verstellen des Fahrzeugsitzes (1) in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung aufgenommen wird.
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