DE19741451A1 - System for identifying seat occupation of vehicle seat - Google Patents

System for identifying seat occupation of vehicle seat

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Abstract

The system includes a unit for determining mass on the vehicle seat. The vibratable seat (2) is allocated an actuator, by means of which the vehicle seat is displaced in vibrations. A sensor is provided, which is used to detect vibrations or vibration characteristics. The actuator is designed as a piezoelectric adjusting element (5). The sensor may be designed as a piezoelectric pickup (7), with a connected evaluation unit (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung eines Fahrzeugsitzes mit mindestens einer Einrichtung zur Ermittlung der auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Masse.The invention relates to a method and a device for seat occupancy detection a vehicle seat with at least one device for determining the on the Vehicle seat mass.

Aus vielerlei Gründen ist die Kenntnis, ob ein Fahrzeugsitz belegt ist, von Interesse. Ist z. B. ein Fahrzeug mit einem Beifahrer-Airbag ausgerüstet, so soll dieser auch nur ausgelöst werden, wenn der Beifahrersitz wirklich belegt ist, da eine Instandsetzung des ausgelösten Airbags sehr kostspielig ist. Des weiteren kann eine Klimaanlage bzw. ein Gebläse entsprechend anders ausgerichtet werden, je nachdem ob der Beifahrersitz belegt ist oder nicht. Da weiterhin in Abhängigkeit von der Art der Sitzbelegung die Ansteuerung des Airbags erfolgen sollte, um Verletzungen bei der Auslösung auszuschließen, ist man dazu übergegangen, die ungenauen mechanischen Detektoren durch geeignetere zu ersetzen.Knowing whether a vehicle seat is occupied is of interest for many reasons. Is e.g. B. equipped a vehicle with a passenger airbag, this should only triggered when the passenger seat is really occupied, as a repair of the deployed airbags is very expensive. Furthermore, an air conditioning system or a Blowers can be aligned differently depending on whether the passenger seat is occupied or not. Since, depending on the type of seat occupancy, the Control of the airbag should be done to prevent injuries when triggered to rule out the inaccurate mechanical detectors to be replaced by more suitable ones.

Aus der DE 38 43 624 ist eine Sitzbelegungserkennungseinrichtung bekannt, bei der in der Nähe der Bodenfläche eines Sitzkissens ein Gewichtssensor angeordnet ist, mittels dessen druckabhängig eine Unterscheidung zwischen Kind und Erwachsenem oder keiner Belegung gemacht werden kann. Wird eine Belegung erfaßt, so wird eine Antriebseinrichtung für eine Kopfstütze von einer Ruhelage in eine Betriebslage entsprechend der Art der festgestellten Belegung bewegt. Die bekannte Sitzbelegungseinrichtung ist prinzipiell auch für eine entsprechend dosierte Airbag-Aus­ lösung geeignet, weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So variiert das erfaßte Gewicht der auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Person stark mit der Sitzposition.From DE 38 43 624 a seat occupancy detection device is known, in which in a weight sensor is arranged near the bottom surface of a seat cushion, by means of whose pressure dependent a distinction between child and adult or no assignment can be made. If an assignment is recorded, a Drive device for a headrest from a rest position to an operating position moved according to the type of occupancy found. The well-known In principle, the seat occupancy device is also for an appropriately dosed airbag deactivation Suitable solution, but has a number of disadvantages. So the recorded varies Weight of the person sitting on the vehicle seat strongly with the seating position.

Aus der DE 44 42 841 ist eine Sitzbelegungserkennungseinrichtung bekannt, bei der ein Gewichtssensor an oder auf einer Sitzkissenanordnung befestigt ist, der zwei Paare von Dehnungsmessern auf einer flexiblen Trägerstruktur umfaßt. Unter dem Gewicht einer auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Person biegt sich die Trägerstruktur durch, wodurch das im oberen Teil der Trägerstruktur angeordnete Paar der Dehnungsmesser komprimiert wird und das im unteren Teil der Trägerstruktur angeordnete Paar Dehnungsmesser unter Zug steht. Die zwei Paare der Dehnungsmesser sind elektrisch in einer Wheatstone-Brücke angeordnet, an der ein entsprechendes Differenzsignal abgreifbar ist, das ein Maß für das Gewicht der Person auf dem Sitz ist. Des weiteren umfaßt die Sitzbelegungseinrichtung einen Neigungssensor, der die Stellung der Sitzrückenanordnung erfaßt. Der Grund hierfür ist, daß sich ein Insasse gewöhnlich gegen die Sitzrückenanordnung lehnt, so daß insbesondere das Gewicht des Oberkörpers nicht vom Gewichtssensor erfaßt wird. Dabei nimmt das vom Gewichtssensor erfaßte Gewicht mit zunehmendem Neigungswinkel ab. Anhand vom erfaßten Gewicht und Neigungswinkel kann jedoch mittels empirischer Kennlinien oder funktionaler Zusammenhänge auf das tatsächliche Gewicht zurückgeschlossen werden. Weiter umfaßt die Einrichtung Fußstellungs-Sensoren, um den Anteil des Gewichtes zu erfassen, der direkt über die Füße auf den Fahrzeugboden abgeleitet wird. Falls die Beine des Insassen vollständig ausgestreckt sind, ist der Fehler aufgrund der nicht erfaßten Masse durch den Gewichtssensor am geringsten, bei einer Fußstellung direkt neben dem Fahrzeugsitz am größten. Die erfaßte Fußstellung wird ebenfalls mittels empirischer Kennlinien oder funktionaler Zusammenhänge bei der Ermittlung des tatsächlichen Gewichts des Insassen berücksichtigt. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß diese aufgrund der vielen unterschiedlichen zu verarbeitenden Sensorsignale recht komplex ist.From DE 44 42 841 a seat occupancy detection device is known in which a Weight sensor is attached to or on a seat cushion assembly, the two pairs of Strain gauges on a flexible support structure. Under the weight of one on the person seated in the vehicle bends the support structure, which in the  upper part of the support structure arranged pair of strain gauges is compressed and the pair of strain gauges located in the lower part of the support structure under tension stands. The two pairs of strain gauges are electrical in a Wheatstone bridge arranged on which a corresponding difference signal can be tapped, which is a measure of is the weight of the person on the seat. Furthermore, the Seat occupancy device a tilt sensor that the position of the Seat back arrangement detected. The reason for this is that an occupant is usually leans against the seat back arrangement, so that in particular the weight of the Upper body is not detected by the weight sensor. That takes from Weight sensor detects weight with increasing angle of inclination. Based on the weight and angle of inclination can be determined by means of empirical characteristics or functional relationships can be deduced from the actual weight. The device further comprises foot position sensors in order to increase the proportion of the weight capture, which is derived directly on the feet on the vehicle floor. If the legs of the occupant are fully extended, the error is due to the undetected Mass is lowest by the weight sensor, with a foot position directly next to the Vehicle seat largest. The detected foot position is also determined empirically Characteristic curves or functional relationships when determining the actual Weight of the occupant is taken into account. A disadvantage of the known device is that this is due to the many different sensor signals to be processed is complex.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung eines Fahrzeugsitzes zu schaffen, mittels derer einfacher das Gewicht einer gegebenenfalls auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Person ermittelbar ist.The invention is therefore based on the technical problem, a method and a To create device for seat occupancy detection of a vehicle seat, by means of which easier the weight of a person who may be on the vehicle seat can be determined.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6. Durch die schwingungsfähige Lagerung des Fahrzeugsitzes, dem ein Aktuator zur Schwingungsanregung und ein Sensor zur Erfassung von Schwingungseigenschaften zugeordnet sind, entsteht ein mechanisches Schwingungssystem, dessen Eigenschaften sich mit dem Gewicht einer auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Person ändern. Aus der Änderung der Schwingungseigenschaften läßt sich sehr genau auf die zusätzliche Masse des Insassen zurückschließen. Da der gesamte Fahrzeugsitz schwingt, sind die Einflüsse aufgrund der Neigung der Sitzrückenanordnung im Gegensatz zu einer Druckmessung vernachlässigbar gering. Wird der Bereich, wo üblicherweise die Füße angeordnet werden, in die schwingungsfähige Lagerung mit eingeschlossen, so gilt dies auch für die jeweilige Fußstellung, da die Verteilung der Masse einen geringeren Einfluß auf die resultierende Masse des Schwingungssystems hat, als dies bei statischen Druckmessungen der Fall ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the characteristics of Claims 1 and 6. Due to the vibratory mounting of the vehicle seat, an actuator for vibration excitation and a sensor for detecting Vibration properties are assigned, creates a mechanical Vibration system, the characteristics of which vary with the weight of one on the Change the person in the vehicle seat. From the change in Vibration properties can be very precisely related to the additional mass of the occupant  close back. Since the entire vehicle seat swings, the influences are due to the Inclination of the seat back arrangement in contrast to a pressure measurement negligible. The area where the feet are usually placed are included in the vibration bearing, this also applies to the respective foot position, since the distribution of the mass has less influence on the resulting mass of the vibration system than static Pressure measurements is the case. Further advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims.

Besonders einfach lassen sich Aktuator und Sensor als piezoelektrisches Stellglied und piezoelektrischer Aufnehmer ausbilden, die als handelsübliche, kompakte Bauelemente sehr kostengünstig erhältlich sind.The actuator and sensor are particularly simple to use as piezoelectric actuators and Train piezoelectric transducers as commercially available, compact components are available very inexpensively.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Aktuator in Abhängigkeit von der Zündung und/oder Türbewegung aktivierbar. Der Vorteil hierbei liegt darin, daß sich die Sitzbelegung nur unter bestimmten Umständen ändern kann, so daß eine kontinuierliche Erfassung überflüssig ist. Allerdings kann die Messung über ein Zeitintervall vorteilhafter sein, um den geringen Fehler aufgrund der Sitzposition durch Mitteilung über eine Reihe von Meßwerten zu minimieren.In a further preferred embodiment, the actuator is dependent on the Ignition and / or door movement can be activated. The advantage here is that the Seat occupancy can only change under certain circumstances, so that a continuous Registration is superfluous. However, the measurement over a time interval can be more advantageous be to the slight error due to the sitting position by notifying a number to minimize measured values.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Sitzbelegungs­ erkennung eines Fahrzeuges.The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained. The single figure shows a block diagram of the device for seat occupancy detection of a vehicle.

Die Vorrichtung 1 umfaßt einen Fahrzeugsitz 2, der über ein Federsystem 3 und eine Dämpfungseinrichtung 4 schwingungsfähig am Fahrzeugboden gelagert ist. Unterhalb des Fahrzeugsitzes 2 ist ein piezoelektrisches Stellglied 5 angeordnet, das von einem Funktionsgenerator 6 mit einer Steuerspannung beaufschlagbar ist und aufgrund des umgekehrten piezoelektrischen Effekts eine Längenänderung erfährt, die eine resultierende Kraft auf den Fahrzeugsitz 2 ausübt, wodurch das Schwingungssystem zu Schwingungen angeregt wird. Des weiteren umfaßt die Vorrichtung 1 einen piezoelektrischen Aufnehmer 7 zur Erfassung der Schwingungen des Fahrzeugsitzes 2, die in einer Auswerteeinheit 8 zur Erzeugung eines Steuersignals für Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise eines Airbags ausgewertet werden. Prinzipiell kann das Schwingungssystem zu einer freien oder einer erzwungenen Schwingung angeregt werden. Bei einer freien Schwingung wird das Schwingungssystem angeregt und anschließend sich selbst überlassen, wobei das Schwingungssystem dann mit seiner Eigenfrequenz schwingt. Bei einer erzwungenen Schwingung hingegen wird dem Schwingungssystem von außen eine Schwingung aufgezwungen und diese entsprechend der Übertragungsfunktion übertragen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend davon ausgegangen, daß das Schwingungssystem zu freien Schwingungen angeregt wird.The device 1 comprises a vehicle seat 2 which is mounted on the vehicle floor so as to be able to vibrate via a spring system 3 and a damping device 4 . Arranged below the vehicle seat 2 is a piezoelectric actuator 5 which can be acted upon by a function generator 6 with a control voltage and, due to the reverse piezoelectric effect, undergoes a change in length which exerts a resultant force on the vehicle seat 2 , whereby the vibration system is excited to vibrate. Furthermore, the device 1 comprises a piezoelectric sensor 7 for detecting the vibrations of the vehicle seat 2 , which are evaluated in an evaluation unit 8 for generating a control signal for vehicle components such as an airbag. In principle, the vibration system can be excited to a free or a forced vibration. With a free vibration, the vibration system is excited and then left to its own devices, the vibration system then vibrating at its natural frequency. In the case of a forced oscillation, on the other hand, an oscillation is forced on the oscillation system from the outside and is transmitted in accordance with the transfer function. Without restricting generality, it is assumed below that the vibration system is excited to free vibrations.

Bei einer freien Schwingung geht die Masse in die Eigenfrequenz, das logarithmische Dekrement (logarithmisches Verhältnis der Amplituden zweier aufeinanderfolgender Schwingungsperioden), den Abklingungskoeffizienten und den Dämpfungsgrad des Schwingungssystems ein. Die Eigenfrequenz hat beispielsweise folgenden funktionalen Zusammenhang mit der Masse m:
In the case of a free oscillation, the mass is included in the natural frequency, the logarithmic decrement (logarithmic ratio of the amplitudes of two successive oscillation periods), the decay coefficient and the degree of damping of the oscillation system. The natural frequency has, for example, the following functional relationship with the mass m:

wobei k1 und k2 Konstanten des Federsystems 3 bzw. der Dämpfungseinrichtung 4 sind, so daß die Eigenfrequenz mit steigender Masse abnimmt. Um nun festzustellen, ob der Fahrzeugsitz 2 besetzt ist und wie schwer gegebenenfalls die Person 9 ist, wird zuvor beispielsweise die Eigenfrequenz mit unbesetztem Fahrzeugsitz 2 erfaßt und als Referenzwert in der Auswerteeinheit 8 abgelegt. Diese Referenzmessung kann beispielsweise bei der Herstellung des Fahrzeugs einmalig vorgenommen werden. Alternativ ist vorstellbar, die Referenzmessung periodisch vorzunehmen, um Veränderungen der Komponenten des Schwingungssystems aufgrund von Verschleiß oder ähnlichem zu berücksichtigen.where k 1 and k 2 are constants of the spring system 3 and the damping device 4 , so that the natural frequency decreases with increasing mass. In order to determine whether the vehicle seat 2 is busy, and how difficult is given if the person 9, for example, the natural frequency is previously recorded with the unoccupied vehicle seat 2 and is stored as reference value in the evaluation unit. 8 This reference measurement can, for example, be carried out once during the manufacture of the vehicle. Alternatively, it is conceivable to carry out the reference measurement periodically in order to take into account changes in the components of the vibration system due to wear or the like.

Wird nun das Fahrzeug durch Betätigung der Zündung gestartet, so regt das piezoelektrische Stellelement 5 aufgrund eines Impulses des Funktionsgenerators 6 das Schwingungssystem zu einer freien Schwingung an, die vom piezoelektrischen Aufnehmer 7 erfaßt wird. Durch Vergleich der erfaßten Eigenschwingung mit dem Referenzwert läßt sich eine Änderung der Masse und damit die Belegung des Fahrzeugsitzes feststellen und durch Lösung einer quadratischen Gleichung exakt bestimmen. Neben der Betätigung der Zündung sollte das Verfahren auch stets dann durchgeführt werden, wenn die Fahrzeugtür geschlossen wird, weil dann eine Person 9 ein- oder ausgestiegen sein könnte. Zur Korrektur des geringen Fehlers aufgrund der unterschiedlichen Masseverteilung bei unterschiedlichen Sitzpositionen sind prinzipiell zwei Möglichkeiten gegeben. Einerseits die Verwendung der bekannten Fußstellungs- und/oder Neigungswinkelsensoren aus dem Stand der Technik und andererseits eine Meßreihe nach dem oben beschriebenen Verfahren. Da die Person 9 während der Fahrt nicht ihre Masse ändert, muß eine Veränderung der erfaßten Masse auf eine Änderung der Sitzposition zurückzuführen sein. Des weiteren können neben einer auch mehrere Eigenschaften des Schwingungssystems parallel ausgewertet werden.If the vehicle is now started by actuating the ignition, the piezoelectric actuating element 5 excites the oscillation system to a free oscillation due to a pulse from the function generator 6, which oscillation is detected by the piezoelectric transducer 7 . By comparing the detected natural vibration with the reference value, a change in the mass and thus the occupancy of the vehicle seat can be determined and exactly determined by solving a quadratic equation. In addition to actuating the ignition, the method should also always be carried out when the vehicle door is closed, because then a person 9 could have got in or out. In principle, there are two options for correcting the small error due to the different mass distribution in different seating positions. On the one hand the use of the known foot position and / or inclination angle sensors from the prior art and on the other hand a series of measurements according to the method described above. Since the person 9 does not change their mass during the journey, a change in the detected mass must be due to a change in the sitting position. In addition to one, several properties of the vibration system can also be evaluated in parallel.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung eines Fahrzeugsitzes, umfassend eine Einrichtung zur Bestimmung der auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Masse, dadurch gekennzeichnet, daß dem schwingungsfähig gelagerten Fahrzeugsitz (2) ein Aktuator, mittels dessen der Fahrzeugsitz (2) in Schwingung versetzbar ist, und ein Sensor, mittels dessen Schwingungen oder Schwingungseigenschaften erfaßbar sind, zugeordnet sind.1. Device for detecting the occupancy of a vehicle seat, comprising a device for determining the mass present on the vehicle seat, characterized in that the vehicle seat ( 2 ), which is mounted such that it can vibrate, has an actuator by means of which the vehicle seat ( 2 ) can be set in vibration, and a sensor, by means of which vibrations or vibration properties can be detected are assigned. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Aktuators der Fahrzeugsitz (2) wahlweise in freie oder erzwungene Schwingung versetzbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that by means of the actuator the vehicle seat ( 2 ) can be set either in free or forced vibration. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator als piezoelektrisches Stellelement (5) ausgebildet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator is designed as a piezoelectric actuator ( 5 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als piezoelektrischer Aufnehmer (7) mit nachgeschalteter Auswerteeinheit (8) ausgebildet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor is designed as a piezoelectric sensor ( 7 ) with a downstream evaluation unit ( 8 ). 5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aktuator ein Sensor zur Erfassung der Zündung und/oder ein Sensor zur Erfassung der Türbewegung zugeordnet ist, über deren Signale der Aktuator aktivierbar ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the actuator has a sensor for detecting the ignition and / or a sensor for Detection of the door movement is assigned, via the signals of the actuator can be activated.   6. Verfahren zur Sitzbelegungserkennung eines Fahrzeugsitzes (2) mittels eines schwingungsfähig gelagerten Fahrzeugsitzes (2), eines Aktuators und eines Sensors zur Erfassung von Schwingungen oder Schwingungseigenschaften, umfassend folgende Verfahrensschritte:
  • a) Ermittlung mindestens einer von der Masse abhängigen des unbesetzten Fahrzeugsitzes (2) und Abspeicherung derselben Referenzwert;
  • b) Anregung des Fahrzeugsitzes (2) zum Schwingen durch den Aktuator;
  • c) Aufnahme mindestens der als Referenzwert abgelegten Schwingungseigen­ schaft mittels des Sensors und
  • d) Ermittlung der Masse aus der Schwingungseigenschaft in Relation zum Referenzwert.
6. Method for detecting seat occupancy of a vehicle seat (2) by means of a oscillatably mounted vehicle seat (2), an actuator and a sensor for detecting vibrations or vibration characteristics, comprising the following method steps:
  • a) determining at least one of the mass-dependent vacant vehicle seat ( 2 ) and storing the same reference value;
  • b) excitation of the vehicle seat ( 2 ) to vibrate by the actuator;
  • c) recording at least the vibration property stored as a reference value by means of the sensor and
  • d) Determination of the mass from the vibration property in relation to the reference value.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Aktuators das schwingungsfähige System bei Betätigung der Zündung und/oder Schließen der Fahrzeugtür angeregt und ausgewertet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that by means of the actuator vibratory system when the ignition is switched on and / or the Vehicle door is excited and evaluated. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in festen, einstellbaren Zeitintervallen wiederholt und aus der Änderung der erfaßten Masse auf eine Veränderung der Sitzposition zurückgeschlossen wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the method in fixed, adjustable time intervals repeated and from the change in the detected Mass is inferred about a change in the seating position. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungseigenschaft die Eigenfrequenz des schwingungsfähig gelagerten Fahrzeugsitzes (2) erfaßt wird.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the natural frequency of the oscillatingly mounted vehicle seat ( 2 ) is detected as the vibration property.
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