DE3802159C2 - Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung - Google Patents

Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine Freigabe einer Aktivierung von einem Fahrzeugsitz zugeordneten Zusatzeinrichtungen eines Fahrzeuges, wie z. B. Rückhaltesystemen (Gaskissen oder Airbag, Gurtstraffer usw.), einer Sitzheizung oder ähnlichem ist nur dann sinnvoll, wenn der Fahrzeugsitz auch tatsächlich belegt oder besetzt ist. Löst beispielsweise ein Beifahrer-Airbag-System eines Kraftfahrzeugs bei einem Unfall aus, ohne daß der Fahrzeugsitz besetzt ist, so entstehen relativ hohe Kosten durch den notwendig werdenden Ersatz des Airbag-Systems und Teilen der Schalttafel.
In der DE 20 24 813 A1 und der US-PS 3 672 699 wurde deshalb schon vorgeschlagen, bei unbesetztem Fahrzeugsitz eine Aktivierung des dem Fahrzeugsitz zugeordneten Rückhaltesystems zu unterbinden, indem ein Sitzkontaktschalter eine Verbindungsleitung zwischen einem Aufprallsensor und dem Rückhaltesystem unterbricht. Vergleichbare Sitzkontaktschalter werden auch zum Ein- und Ausschalten von elektrischen Sitzheizungen verwendet.
Diese (mechanischen) Sitzkontaktschalter können jedoch weitgehend unabhängig von der Ausführung nur in seltenen Fällen eine sichere und - insbesondere auf Dauer - zuverlässige Signalabgabe gewährleisten. Belastungsbereich und Belastungsgröße eines Fahrzeugsitzes unterliegen großen Schwankungen und die Sitze selbst während der Lebensdauer eines Fahrzeugs einem hohen Verschleiß, so daß insbesondere die Auslegung des Schalters als auch der Einbau im Sitz und die Festlegung des Einbauorts Probleme verursachen.
Mit der DE 36 35 644 A1 ist eine Anzeigevorrichtung für Personen bekannt geworden, welche einen Zustand einer Belegung eines Fahrzeugsitzes mittels eines kapazitiven Meßverfahrens ermittelt. Mit diesem Verfahren wird die Kapazität (bzw. die Änderung des Dielektrikums durch Personen oder Gegenstände) zwischen einer am Fahrzeughimmel anzuordnenden metallischen Platte und dem Fahrzeuggrundkörper ausgewertet.
Dieses Meßprinzip ist jedoch relativ störempfindlich, so daß bereits durch relativ kleine, nicht durch das Rückhaltesystem zu schützende Gegenstände dessen Aktivierung freigegeben werden kann. Ebenso kann sich das zur Messung notwendige, hochgespannte elektrische Feld störend auf Autoradios, elektronische Steuergeräte, Positionsdetektoren usw. auswirken.
Schließlich ist es aus der DE 31 47 576 A1 bekannt, bestimmte Stromkreise eines Fahrzeuges, wie beispiels­ weise den Lichtstromkreis oder den Anlasserstromkreis, nur dann zu schließen, wenn der Fahrersitz belastet ist. Hierzu ist im Sitzkissen des Fahrersitzes, am Sitzuntergestell oder an einer Sitzlehne ein auf Belastung an­ sprechender Schalter vorgesehen, der die bestimmten Stromkreise dann schließt wenn das entsprechende Sitzteil belastet ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, räumlich gut unterbringbar ist und einen Zustand einer Belegung eines Fahrzeugsitzes sicher und zuverlässig erfaßt und weitgehend frei von Störungen arbeitet.
Die Erfindung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie darin zu sehen, daß eine Schalteinrichtung geschaffen ist, welche einen Zustand einer Belegung eines Fahrzeugsitzes sicher und zuverlässig erfaßt. Die Schalteinrichtung arbeitet ferner weitgehend frei von Störstrahlung, so daß auch andere elektronische Geräte in Fahrzeugen nicht beeinflußt werden.
Weitere Vorzüge sind der einfache Aufbau und die gute räumliche Unterbringbarkeit sowie eine teilweise Mitverwendbarkeit von Positionssensoren oder Positionsdaten eines Sitzpositionierungssystems.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Beispielen nachstehend näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Teil einer Fahrgastzelle mit einem Beifahrer-Fahrzeugsitz sowie einem in einer Schalttafel eingebauten Personen-Rückhaltesystem und einer Schalteinrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Flußdiagramm mit einem Programm zur Freigabe oder zum Unterbinden der Aktivierung eines Personenrückhaltesystems,
Fig. 3 ein Flußdiagramm nach Fig. 2, jedoch in einer anderen Ausgestaltung,
Fig. 4 ein Flußdiagramm nach Fig. 2, jedoch für ein Unterbrechungsprogramm.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Teil einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs mit einem durch eine Person 2 besetzten bzw. belegten Beifahrer-Fahrzeugsitz 3 gezeigt. Der Fahrzeugsitz 3 ist auf einem mit der Fahrgastzelle 1 ortsfest verbundenen Sitzuntergestell längsverschieblich geführt und umfaßt ein Sitzunterteil 5 und eine in der Neigung relativ zum Sitzunterteil 5 verstellbare Rückenlehne 6.
In einer ebenfalls mit der Fahrgastzelle 1 fest verbundenen Schalttafel 7 ist als Personenrückhalteelement ein Gaskissen 8 (Airbag) eingesetzt, das einen im Ruhezustand gefalteten Luftsack 9 sowie einen pyrotechnischen elektrisch zündbaren Gasgenerator 10 umfaßt. Die Schalttafel 7 wird von einer Rahmenkonstruktion 11 getragen, welche in nicht notwendiger Weise in der gezeigten Form realisiert sein muß. Aufbau und Funktion der Schalttafel und ihrer Elemente sind allgemein bekannt und beispielsweise in der DE 36 05 623 A1 beschrieben.
Die Aktivierung bzw. Zündung des Gasgenerators 10 des Gaskissens 8 wird durch ein Steuergerät 12 gesteuert und bei einem Unfall durch einen Aufprallsensor 13 (Trägheitsschalter, Beschleunigungsaufnehmer) ausgelöst. Das Steuergerät 12 ist um eine symbolisch gezeigte Schalteinrichtung 14, die auch rein elektronischer oder programmtechnischer Natur sein kann, erweitert. Die Schalteinrichtung 14 macht die Aktivierung des Gaskissens bei einem Unfall vom Zustand der Belegung des Fahrzeugsitzes 3 abhängig, indem sie die Aktivierung bei Belegung mit einer Person 2 freigibt und sonst unterbindet.
Zur Feststellung der Belegung des Sitzes werden nun die Positionsdaten des Sitzes, d. h., dessen Längsposition l relativ zum Fahrzeug mit einem ersten Weggeber 15 und die Neigung alpha der Rückenlehne 6 gegenüber der senkrechten Achse des Fahrzeugs (oder gegenüber dem Sitzunterteil 5) mit einem zweiten Weggeber 16 erfaßt. Die Ausgangssignale sl und salpha der Weggeber 15 und 16 werden entweder einem Steuergerät 17 eines Sitzpositionierungssystems 18 zur Verfügung gestellt und als Positionsdaten p=f(l, alpha) dem Steuergerät 12 zur Verfügung gestellt oder diesem direkt übermittelt (nicht gezeigt).
Das Steuergerät 12 ermittelt daraus eine Distanz d eines vorzugsweise in der unteren Hälfte der Rückenlehne 6 liegenden Oberflächenpunkts 19 von einem berührungslos arbeitenden Entfernungsmesser 20; dieser ist vorzugsweise in der Schalttafel angeordnet und als Ultraschallsensor ausgeführt und arbeitet nach einem bekannten Impulsecho-Laufzeitverfahren.
Der Entfernungsmeßsensor 20 sendet eine Ultraschallwelle 21 (bzw. einen Ultraschallimpuls) in Richtung des Oberflächenpunkts 19 aus und empfängt eine aus dieser Richtung von einer Oberfläche einer auf dem Fahrzeugsitz 3 sitzenden Person 2, oder bei unbelegtem Fahrzeugsitz 3, von der Oberfläche 23 der Rückenlehne 6 reflektierten Welle 22 (oder einen reflektierten Impuls). Aus der Laufzeit der Welle vom Sensor 20 bis zur reflektierenden Oberfläche und der Laufzeit der reflektierten Welle auf dem gleichen Weg zurück ermittelt das Steuergerät 12 (oder der Sensor 20 selbst) die Entfernung e der abgetasteten Oberfläche (im gezeigten Beispiel ein Handrücken der Person 2) vom Sensor 20 und vergleicht diese mit der aus den Positionsdaten p ermittelten Distanz d vom Punkt 19 zum Sensor 20:
  • - sind beide Werte identisch, so ist der Fahrzeugsitz 3 unbesetzt und die Aktivierung des Gaskissens 8 wird unterbunden,
  • - sind beide Werte nicht identisch, so ist der Fahrzeugsitz 3 besetzt und die Aktivierung wird freigegeben.
Selbstverständlich sind auch andere berührungslose Entfernungsmeßverfahren und -anordnungen einsetzbar, wie z. B. ein im Infrarotbereich arbeitendes Interferenzmeßverfahren.
Die Positionierung des Fahrzeugsitzes schließlich erfolgt bei einem mit einem Sitzpositionierungssystem 18 ausgestatteten Fahrzeug über einen ersten Stellmotor 24 (Sitzlängsverstellung) und einem zweiten Stellmotor 25 (Neigung der Rückenlehne 6) in Abhängigkeit von (nicht gezeigten) Stellschaltern oder einem Positionsspeicher. Sind weitere, die Entfernung zwischen dem Oberflächenpunkt 19 und dem Sensor 20 beeinflussende Verstellmöglichkeiten des Fahrzeugsitzes 3 gegeben, wie z. B. Höhe oder Neigung des Sitzunterteils 5, eine verstellbare Lordosenstütze oder ähnliches, so sind diese Positionen selbstverständlich ebenfalls zu erfassen und zum Positionssignal p zu verarbeiten.
Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm zur Freigabe oder zum Unterbinden einer Aktivierung des Gaskissens 8, d. h., der Ansteuerung des Schalters 14 innerhalb des Steuergeräts 12; dieses kann hierzu beispielsweise mittels einer an sich bekannten Mikrorechnerschaltung (nicht gezeigt) ausgeführt sein.
Nach einer Programminitialisierung 26 (Rücksetzen des Mikrorechners in einen Grundzustand) bei Anschluß des Steuergeräts 12 an Versorgungsspannung werden nach Passieren einer Marke A die Positionsdaten alpha und l der Weggeber 15, 16 erfaßt, 27, oder die Positionsdaten alpha, l vom Steuergerät 17 übernommen und die Distanz d=fd(alpha, l) bestimmt, 28. Nach Passieren einer Marke B wird der Ultraschallsensor 20 (nachfolgend Sensor 20 genannt) aktiviert und die Laufzeit td einer Ultraschallwelle vom Sensor bis zum Ort ihrer Reflektion und wieder zurück zum Sensor bestimmt, 29. Im nächsten Programmschritt. 30. wird aus dieser Laufzeit td eine Entfernung e=fe(td) bestimmt, welche die Ultraschallwelle (zweimal) durchläuft. Danach wird abgefragt, ob die Entfernung e der Distanz d bis auf einen Toleranzwert von plus oder minus dd entspricht, 31: wenn ja (Fahrzeugsitz 3 unbesetzt), wird nach Passieren einer Marke C eine mögliche Aktivierung des Gaskissens 8 unterbunden (Schalter 14 geöffnet) 32, und zur Marke A zurückgekehrt, wenn nein, wird nach Durchlaufen einer Marke D eine mögliche Aktivierung freigegeben, 33 (Schalter 14 geschlossen, so daß bei Ansprechen des Aufprallsensors 13 das Gaskissen aktiviert, d. h., der Gasgenerator 10 gezündet wird) und zur Marke A zurückgekehrt.
Eine Variante hierzu, die zwischen der Marke B und den Marken C und D vom Flußdiagramm nach Fig. 2 abweicht, zeigt Fig. 3. Hierbei wird zunächst aus der Distanz d eine charakteristische Laufzeit tc=fc(d) bestimmt, 34, welche eine vom Sensor 20 ausgehende Ultraschallwelle zum zweimaligen Durchlaufen der Distanz d benötigt (Gesamtlaufzeit von Ultraschallwelle und reflektierter Ultraschallwelle). Anschließend wird der Sensor 20 angesteuert und es werden Ultraschallimpulse aufgenommen, 35. Im nächsten Schritt wird geprüft, ob signifikante Ultraschallimpulse in einem begrenzten Zeitfenster [tc-dT,tc+dT] von Plus oder Minus dT um die Laufzeit tc ab Aussenden einer Ultraschallwelle liegen, 36; wenn ja, wird zur Marke C, wenn nein, zur Marke D fortgefahren.
Fig. 4 schließlich zeigt ein Flußdiagramm eines Unterbrechungsprogramms, das bei Ansprechen des Aufprallsensors 13 das Programm nach Fig. 2 oder Fig. 3 unterbricht. Es wird abgefragt, ob die Aktivierung des Gaskissens 8 freigegeben ist, 37; wenn ja, wird der Gasgenerator 10 gezündet, 38 und der Systemzustand abgespeichert, 39 (Zündung erfolgt, Parameter l und alpha). Letzteres dient zur Überwachung des Systems oder als "Unfallschreiber". Anschließend wird eine Marke E ins unterbrochene Hauptprogramm zurückgekehrt. Ist die Abfrage 37 negativ, wird gleich zur Marke E verzweigt.

Claims (14)

1. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung für Fahrzeuge mit wenigstens einem verstellbaren Fahrzeugsitz, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Belegung des Fahrzeugsitzes (3) mittels
  • - einer die Schalteinrichtung (14) ansteuernden Vergleichseinrichtung (12, 31),
  • - Weggebern (15, 16) zur Erfassung von Positionen (l) des Fahrzeugsitzes (3) relativ zum Fahrzeug und von Positionen (alpha) von Sitzteilen (5, 6) relativ zueinander und
  • - einem eine Entfernung (e) einer Oberfläche von einem, in Richtung eines Oberflächenbereiches oder Oberflächenpunktes (19) eines bestimmten Sitzteiles (6) messenden, an einem fahrzeugfesten, dem be­ stimmten Sitzteil (6) gegenüberliegend angeordneten, berührungsfrei arbeitenden Entfernungsmeßsensor (20) ermittelt wird,
  • - wobei die Vergleichseinrichtung (12, 31) aus Positionsdaten (l, alpha) der Weggeber (15, 16) eine Distanz (d) zwischen dem Oberflächenbereich oder Oberflächenpunkt (19) des Fahrzeugsitzes (3) und dem Entfernungsmeßsensor (20) errechnet, die Distanz (d) mit der vom Entfernungsmeßsensor (20) gemesse­ nen Entfernung (e) vergleicht und bei bis auf einen bestimmten Toleranzbereich ([d-dd,d+dd]) übereinstim­ menden Werten (d, e) die Schalteinrichtung (14) ansteuert.
2. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmeßsensor (20) auf der Basis eines Impulsecholaufzeit- Entfernungsmeßverfahrens arbeitet.
3. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmeßsensor (20) ein Ultraschallsensor ist.
4. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmeßsensor (20) auf der Basis eines Interferenz- Entfernungsmeßverfahrens arbeitet.
5. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmeßsensor (20) ein Infrarotsensor ist.
6. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Vergleichseinrichtung als Diskriminator-Einrichtung (12, 36) ausgebildet ist,
  • - als Entfernungsgeber (20) ein Ultraschallimpuls-Sender und -Empfänger verwendet wird, der dem bestimmten Sitzteil (6) gegenüberliegend fahrzeugfest angeordnet ist und Ultraschallwellen in Richtung ei­ nes Oberflächenbereiches oder Oberflächenpunktes (19) eines bestimmten Sitzteiles (6) aussendet und wieder empfängt,
  • - wobei die Diskriminator-Einrichtung (12, 36) aus der gemessenen Distanz (d) die charakteristische Laufzeit (tc) einer die doppelte Distanz (2d) durchlaufenden Ultraschallwelle (21, 22) errechnet und anstel­ le des Vergleiches mit der gemessenen Entfernung (e) prüft, ob die Laufzeit der vom Ultraschallimpuls-Sen­ der und -Empfänger ausgesendeten und empfangenen Impulse in einem begrenzten Zeitfenster ([tc-d-T,tc+d]) im Bereich der charakteristischen Impuls-Laufzeit (tc) liegen.
7. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bestimmte Sitzteil eine Rückenlehne (6) des Fahrzeugsitzes (3) ist.
8. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbereich auf der unteren Hälfte der Rückenlehne (6) liegt.
9. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenpunkt (19) in der Mitte der unteren Hälfte der Rückenlehne (6) liegt.
10. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmeßsensor (20) im Bereich einer Schalttafel (7) angeordnet ist.
11. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Weggeber (15, 16) Bestandteil eines Sitzpositionierungssystems (15 bis 17, 24 und 25) sind, von dem die Vergleichseinrichtung (12) die Positionsdaten (l, alpha) der Sitzteile (5, 6) erhält.
12. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten (l, alpha) der Sitzteile (5, 6) wenigstens der Längsposition (l) des Fahrzeugsitzes (3), relativ zur Fahrzeugkarosserie, und der Neigung (alpha) der Rückenlehne (6), relativ zu einem Sitzunterteil (5) entsprechen.
13. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (17, 31) Bestandteil des Sitzpositionierungssystems (15 bis 17, 24 und 25) und die Schalteinrichtung (14) Bestandteil eines das Rückhaltelement (8) ansteuernden Rückhaltesystem-Steuergeräts (12) ist.
14. Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (14, 31) und die Schalteinrichtung (14) Bestandteil des Rückhaltesystem-Steuergeräts (12) sind.
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