DE4110936A1

DE4110936A1 - Erkennung der belegung eines sitzes

Info

Publication number: DE4110936A1
Application number: DE19914110936
Authority: DE
Inventors: Hans Prof Dr Kolb
Original assignee: Megamos F & G Sicherheit
Current assignee: Megamos F & G Sicherheit
Priority date: 1991-04-02
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 1992-10-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Feststel len der Belegung oder Nichtbelegung eines Sitzes in einem Kraftfahrzeug, wobei der Sitz eine Sitzfläche und eine Rückenlehne aufweist.

In Kraftfahrzeuge werden in zunehmendem Maße Sicherheitsein richtungen eingebaut, die die Fahrgäste bei einem Unfall vor Verletzungen schützen sollen. Eine der im Augenblick wir kungsvollsten Einrichtungen zum Schutz der auf den Vordersit zen sitzenden Fahrgäste ist der sogenannte Prallsack. Bei ei nem Zusammenstoß oder Auffahrunfall, die als starke Verzöge rung erkannt werden, wird in kürzester Zeit ein Gasgenerator gezündet. Das von diesem erzeugte Gas bläst den Prallsack in kürzester Zeit auf. Dieser bläht sich vor dem Fahrgast auf und drückt ihn gegen Sitzfläche und Rückenlehne seines Sit zes. Nach kurzer Zeit wird der Prallsack wieder entlastet. Er fällt zusammen, und der Fahrgast erhält seine volle Bewe gungsfreiheit wieder. Zum Schutz des Fahrers wird der Prall sack in die Lenkradnabe eingelassen. Zum Schutz des Beifah rers wird er vor dem Beifahrersitz unter dem Armaturenbrett befestigt. Ein Prallsack wird innerhalb von Millisekunden aufgeblasen. Hierbei entstehen beträchtliche Kräfte. Diese müssen von der Befestigung des Prallsacks aufgefangen wer den. Eine Lenksäule ist verhältnismäßig steif und fest gela gert. Die Lenksäule und ihre Lagerung können damit die beim Aufblasen des Prallsacks entstehenden Kräfte ohne Verformung aufnehmen. Das Armaturenbrett ist jedoch nicht steif, son dern etwas elastisch. Damit soll bei einem Unfall das Aufsto ßen eines nicht durch einen Prallsack geschützten Beifahrers auf dem Armaturenbrett etwas abgemildert und die Verletzungs gefahr gesenkt werden. Bei einem vor dem Beifahrersitz am Ar maturenbrett befestigten Prallsack bedeutet dies, daß das Ar maturenbrett bei einem Aufblasen des Prallsacks beträchtlich verformt wird. Die Reparatur eines auf diese Weise verform ten Armaturenbretts kostet bis zu einigen tausend DM. Diese Kosten können ohne weiteres aufgebracht werden und fallen nicht ins Gewicht, falls ein im Kraftfahrzeug befindlicher Beifahrer durch den Prallsack vor Verletzungen geschützt oder gar vor dem Tod bewahrt wird. Diese Reparaturkosten wer den jedoch anders betrachtet und als überflüssig angesehen, falls der vor dem Beifahrersitz befindliche Prallsack ohne einen auf diesem sitzenden Fahrgast gezündet und das Armatu renbrett damit ohne gleichzeitigen Schutz eines Fahrgastes verformt wird. Die Erstattung der Reparaturkosten durch eine Versicherung kann zu Schwierigkeiten führen. Schäden dieser Art sind neu, und die Rechtslage ist noch nicht geklärt.

Die Autokonstrukteure sind nun gefordert. Von ihnen wird ver langt, Maßnahmen vorzusehen, mit denen diese unnötigen Be schädigungen des Armaturenbretts verhindert werden. Damit stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, mit der festgestellt werden kann, ob sich ein Fahrgast auf dem Beifahrersitz befindet oder ob dieser leer ist. Nur im er sten Fall wird der vor dem Beifahrersitz befindliche Prall sack scharfgeschaltet. Im zweiten Fall wird der Gasgenerator oder ein anderes Bauteil in der Zündeinrichtung des Prall sacks abgeschaltet. Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß ein bekleideter mensch licher Körper ein elektrischer Isolator ist und 34 etwa 80% aus Wasser besteht.

Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis ergibt sich die Lösung für die gestellte Aufgabe nach der Erfindung mit einer Schal tungsanordnung, die gekennzeichnet ist durch mindestens zwei in mindestens der Sitzfläche oder in der Rückenlehne in ei nem Abstand voneinander angeordnete und gegeneinander iso lierte Elektroden, und eine an die Elektroden angeschlossene Einrichtung zum Messen der zwischen diesen ausgebildeten Ka pazität nach Betrag und Verlustwinkel. Bei Belegung des Bei fahrersitzes stellt der Fahrgast das Dielektrikum für die zwischen Sitzfläche und Rückenlehne ausgebildete Kapazität dar. Bei leerem Beifahrersitz wird das Dielektrikum durch Luft gebildet. Die Dielektrizitätskonstante von Wasser liegt bei 81. Die Dielektrizitätskonstante von Luft liegt bei et was über 1. Das heißt, daß die zwischen Sitzfläche und Rückenlehne ausgebildete Kapazität bei belegtem Beifahrersitz um das Mehrfache einer Zehnerpotenz über der bei leerem Bei fahrersitz liegt. Dieser Unterschied läßt sich meßtechnisch mit ausreichender Sicherheit erkennen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erkennt damit, ob der Beifahrersitz be legt oder nicht belegt ist. Im ersten Fall wird der Gasgene rator oder ein anderes Bauteil scharfgeschaltet. Im zweiten Fall wird der Gasgenerator oder ein anderes Bauteil abge schaltet. Für den praktischen Betrieb bedeutet dies, daß der vor dem Beifahrersitz eingebaute Prallsack allein durch das Niedersetzen eines Beifahrers scharfgeschaltet wird. Dies er folgt automatisch. Es ist nicht erforderlich, daß der Fahrer oder der Beifahrer den Gasgenerator scharfschaltet. An- und Abschalten würden hier häufig vergessen. Dies würde sowohl zu Verletzungen des Beifahrers als auch zu unnötigen Beschä digungen des Armaturenbretts führen. Die Dielektrika von Luft und Wasser unterscheiden sich annähernd durch den Fak tor 80. Dieser Unterschied ist so groß, daß er von der erfin dungsgemäßen Einrichtung mit ausreichender Sicherheit er kannt wird. Damit wird der Prallsack sicher ein- oder ausge schaltet. Folgendes kommt hinzu. Luft bildet ein gutes Die lektrikum mit einem sehr geringen Verlustwinkel. Der mensch liche Körper dagegen bildet ein Dielektrikum mit hohem Ver lustwinkel. Die erfindungsgemäße Einrichtung erkennt auch dies. Damit erhöht sich die Sicherheit, mit der ein belegter und ein nicht belegter Sitz erkannt werden.

Die elektrische Meßtechnik kennt verschiedene Möglichkeiten zum Messen des Betrages und des Verlustwinkels einer Kapazi tät. Für die Erfindung bieten sich zwei Ausführungsformen an.

Bei der ersten Ausführungsform wird die Kapazität unmittel bar gemessen. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Kapa zität als Koppelelement zwischen den Elektroden in der Sitz fläche auf der einen und denen in der Rückenlehne auf der an deren Seite angesehen. Die einen Elektroden werden an einen Wechselspannungsgenerator angeschlossen und bilden einen Stromkreis. Die anderen Elektroden bilden ebenfalls einen Stromkreis. Die charakteristischen Größen der Kapazität bei belegtem und bei nicht belegtem Beifahrersitz sind bekannt. Beide Stromkreise müssen nun so ausgelegt werden, daß bei Be legung des Sitzes die Spannung oder der Strom im Stromkreis der anderen Elektroden möglichst stark von der Spannung oder dem Strom im Stromkreis der einen Elektroden abweicht.

Für die Verwirklichung der ersten Ausführungsform, bei der die Kapazität unmittelbar gemessen wird, sieht die Erfindung vor, daß die Einrichtung zum Messen der Kapazität einen an die Elektroden angeschlossenen Wechselspannungsgenerator und eine zwischen diesem und den Elektroden liegende Einrich tung zum Ermitteln der Amplitude des fließenden Stromes und dessen Phasenlage gegenüber der Spannung des Wechselspan nungsgenerators und eine Einrichtung zur Anzeige von Amplitu de und Phasenlage als Maß für die Kapazität und die dielek trischen Verluste des zwischen den Elektroden ausgebildeten Kondensators enthält. Als vorteilhaft hat sich herausge stellt, daß die Einrichtung zum Ermitteln von Amplitude und Phasenlage des fließenden Stromes einen phasenempfindlichen Gleichrichter zur Messung von mindestens zwei gegenüber der Spannung des Wechselspannungsgenerators verschobenen Phasen winkeln während mindestens einer halben Periode enthält.

Bei der zweiten Ausführungsform, bei der die Kapazität die eine oder erste Elektrode an die andere oder zweite Elektro de ankoppelt, sieht die Erfindung eine Schaltungsanordnung vor, die gekennzeichnet ist durch mindestens zwei in min destens der Sitzfläche oder in der Rückenlehne in einem Ab stand voneinander angeordnete und gegeneinander isolierte Elektroden, einen an die erste Elektrode angeschlossenen Wechselspannungsgenerator und einen an die erste und eine zweite Elektrode angeschlossenen Komparator zum Feststellen der Differenz zwischen den an beiden Elektroden liegenden Spannungen nach Betrag und Phase als Maß für die Kapazität und die dielektrischen Verluste des zwischen den Elektroden ausgebildeten Kondensators. Zweckmäßig enthält der Kompara tor einen an die zweite Elektrode angeschlossenen Verstärker und einen an diesen angeschlossenen phasenempfindlichen Gleichrichter zur Messung von mindestens zwei gegenüber der Spannung des Wechselspannungsgenerators verschobenen Phasen winkeln während mindestens einer halben Periode.

Bei beiden Ausführungsformen ergeben sich Verluste durch das in der Sitzfläche und in der Rückenlehne und in benachbarten Autoteilen befindliche Metall. Weiter ergeben sich Verluste durch die elektrischen Eigenschaften des zwischen Sitzfläche und Rückenlehne befindlichen Dielektrikums Luft. Weitaus grö ßere Verluste ergeben sich aber bei einem auf dem Sitz be findlichen Fahrgast. Seine Gewebeflüssigkeit und an seiner Kleidung befindliche Eisenteile stellen eine große Verlust quelle dar. Die Messung des Verlustwinkels der zwischen Sitz fläche und Rückenlehne ausgebildeten Kapazität ist daher sehr wichtig.

Bei beiden Ausführungsformen können die Elektroden in die Sitzfläche und die Rückenlehne eingelegte oder auf diese auf gelegte Drähte oder Metallbänder sein. Zweckmäßig werden sie längs der Seitenkanten von Sitzfläche und Rückenlehne in Fahrtrichtung verlaufend angeordnet. Bei elektrisch beheiz ten Sitzen können die Elektroden durch die in die Sitzfläche und Rückenlehne angeordneten Widerstandsheizdrähte gebildet werden. Dies setzt jedoch eine galvanische Trennung der Elek troden voraus.

In der Zeichnung werden zwei Möglichkeiten der Anordnung der Elektroden in der Sitzfläche und in der Rückenlehne darge stellt. Im einzelnen ist:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Anordnung der Elektroden und

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Anordnung der Elektroden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind zwei draht- oder bandförmige Elektroden in der Sitzfläche und eine draht- oder bandförmige Elektrode in der Rückenlehne angeord net. Zwischen diesen Elektroden bilden sich die Kapazitäten C₁ und C₂ aus. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist nur eine Elektrode in der Sitzfläche angeordnet. Wieder bilden sich Kapazitäten C₁ und C₂ zwischen den Elektroden aus. Gemäß den vorstehenden Ausführungen werden die Kapazitä ten C₁ und C₂ unmittelbar gemessen, oder sie werden als Kop pelelemente angesehen. In diesem Fall wird ermittelt, wie ei ne an eine Elektrode oder ein Elektrodenpaar angelegte Wech selspannung nach Betrag und Phase auf die zweite Elektrode übertragen wird.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Feststellen der Belegung oder Nichtbelegung eines Sitzes in einem Kraftfahrzeug, wobei der Sitz eine Sitzfläche und eine Rückenlehne aufweist, gekennzeichnet durch mindestens zwei in mindestens der Sitzfläche oder in der Rückenlehne in einem Abstand von einander angeordnete und gegeneinander isolierte Elektro den, und eine an die Elektroden angeschlossene Einrich tung zum Messen der zwischen diesen ausgebildeten Kapazi tät nach Betrag und Verlustwinkel.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Messen der Kapazität einen an die Elektroden angeschlossenen Wechselspannungsgenera tor und eine zwischen diesem und den Elektroden liegende Einrichtung zum Ermitteln der Amplitude des fließenden Stromes und dessen Phasenlage gegenüber der Spannung des Wechselspannungsgenerators und eine Einrichtung zur Anzei ge von Amplitude und Phasenlage als Maß für die Kapazität und die dielektrischen Verluste des zwischen den Elektro den ausgebildeten Kondensators enthält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Ermitteln von Amplitude und Phasenlage des fließenden Stromes einen phasenempfindli chen Gleichrichter zur Messung von mindestens zwei gegen über der Spannung des Wechselspannungsgenerators verscho benen Phasenwinkeln während mindestens einer halben Perio de enthält.

4. Schaltungsanordnung zum Feststellen der Belegung oder Nichtbelegung eines Sitzes in einem Kraftfahrzeug, wobei der Sitz eine Sitzfläche und eine Rückenlehne aufweist, gekennzeichnet durch mindestens zwei in mindestens der Sitzfläche oder in der Rückenlehne in einem Abstand von einander angeordnete und gegeneinander isolierte Elektro den, einen an die erste Elektrode angeschlossenen Wechsel spannungsgenerator und einen an die erste und eine zweite Elektrode angeschlossenen Komparator zum Feststellen der Differenz zwischen den an beiden Elektroden liegenden Spannungen nach Betrag und Phase als Maß für die Kapazi tät und die dielektrischen Verluste des zwischen den Elek troden ausgebildeten Kondensators.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der Komparator einen an die zweite Elektrode an geschlossenen Verstärker und einen an diesen angeschlosse nen phasenempfindlichen Gleichrichter zur Messung von mindestens zwei gegenüber der Spannung des Wechselspan nungsgenerators verschobenen Phasenwinkeln während minde stens einer halben Periode enthält.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Elektroden in die Sitzflä che und die Rückenlehne eingelegte oder auf diese aufge legte Drähte oder Metallbänder sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Drähte oder Metallbänder längs der Seitenkan ten von Sitzfläche und Rückenlehne in Fahrtrichtung ver laufend angeordnet sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch in Sitzflä che und Rückenlehne angeordnete Widerstandsheizdrähte ge bildet werden.