DE4301000C2 - Kapazitives Detektorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives Detektorsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein herkömmliches dielektrisches bzw. kapazitives Detektorsystem ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift JP 62-91 882 (A) offenbart. Dieses aus dem Stand der Technik bekannte kapazitive Detektorsystem enthält eine in einem Sitz eines Fahrzeugs angeordnete leitende Platte als Sensorelektrode und den Fahrzeugaufbau als Masseelektrode und erfaßt durch Ermitteln der Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden die Anwesenheit eines Fahrzeuginsassen als ein zu erfassendes Dielektrikum.

Ähnliche, ebenfalls von der gleichen Anmelderin vorgeschlagene kapazitive Detektorsysteme zum Nachweis der Anwesenheit einer Person sind aus den japanischen Offenlegungsschriften JP 62-138780 (A), JP 3-233391 (A), JP 1-113692 (A), JP 62-225985 (A) sowie aus der DE 36 35 644 C2 bekannt.

In all diesen eingangs erwähnten kapazitiven Detektorsystemen werden jeweils ein Elektrodenpaar zur Bildung jeweils eines Kondensators verwendet, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit von der Anwesenheit eines Dielektrikums bzw. einer Person ändert.

Dabei wird jedoch zeitweise aufgrund der Änderung der Umgebungsbedingungen (wie der Formänderung eines Sitzkissens) ein nicht zu erfassendes bzw. nicht gewünschtes Dielektrikum wie das Sitzkissen errfaßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges kapazitives Detektorsystem kompakter Abmessungen zu schaffen, bei dem die Erfassung eines nicht gewünschten Dielektrikums aufgrund einer Änderung der Umgebungsbedingungen vermieden wird.

Weiterhin soll ein Insassendetektorsystem kompakter Abmessungen für ein Fahrzeug geschaffen werden, bei dem trotz einer Änderung der Umgebungsbedingungen verhindert ist, daß von dem System ein Insasse auf einem Fahrzeugsitz nicht erfaßt wird.

Für die kapazitive Detektorsystem wird die Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst; für das Insassendetektorsystem wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Insassen­ detektoreinrichtung mit dem dielektrischen Detektorsystem.

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Fahrzeugsitzes mit dem dielektrischen Detektorsystem.

Fig. 3 eine schematische, im wesentlichen der Fig. 2 entsprechende Darstellung.

Fig. 4 eine Darstellung einer Aquivalenz­ schaltung von Fig. 3.

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung, die in der in Fig. 1 gezeigten Insassendetektoreinrichtung enthalten ist.

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, das die Funktion der in Fig. 5 gezeigten Detektorschaltung veranschaulicht.

Die Fig. 1 zeigt eine Insassendetektoreinrichtung mit einem dielektrischen bzw. kapazitiven Detektorsystem. Die Einrichtung weist einen Sitz 4 auf, auf dem in einem Fahrgastraum 3 eines Fahrzeugs 2 ein Insasse 1 sitzt.

Gemäß Fig. 1 und 2 enthält der Sitz 4 eine Hauptpolsterung 5, die die Außenform des Sitzes 4 bestimmt, eine Sitzfederung 6 und eine Vielzahl von Spiralfedern 7, die die Dämpfungskraft liefern, eine Umhüllung 8 und eine Sitzmulde 10. Die Umhüllung 8 überdeckt die Hauptpolsterung 5, die Sitzfederung 6 und die Spiralfedern 7. Die Sitzmulde 10 ist über eine (nicht gezeigte) Gleitschiene oder Stütze an einem Aufbau 9 des Fahrzeugs 2 befestigt. Der Sitz 4 enthält einen Sensor 14, der mit einer Sensorelektrode 11, einer Masseelektrode 12 und einer Mittelelektrode 13 gebildet ist, welche voneinander getrennt sind. Die Sensorelektrode 11 in Form eines rechteckigen leitenden Gewebes ist zwischen der Umhüllung 8 und der Hauptpolsterung 5 angeordnet. Die Mittelelektrode 13, die aus einem leitenden Gewebe besteht und zu einer Quadratfläche geformt ist, ist im Querschnitt zur Form eines Rechteckes gebogen und zum Überdecken der Sensorelektrode 11 in der Weise angeordnet, daß der mittige Teil der Mittelelektrode 13 zwischen der Sensorelektrode 11 und der Hauptpolsterung 5 liegt und der Randteil der Mittelelektrode 13 zwischen der Umhüllung 8 und der Hauptpolsterung 5 liegt. Die Sitzfederung 6, die Spiralfedern 7, die Sitzmulde 10 und der Aufbau 9 des Fahrzeugs 2 bilden die Masseelektrode 12. Zwischen der Sensorelektrode 11 und der Mittelelektrode 13 ist ein Teil 15 aus Urethan angeordnet. Die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Sensors 14 in dem Sitz 4 und die Fig. 4 zeigt eine Äquivalenzschaltung des Sensors nach Fig. 3. Gemäß Fig. 4 ist durch die Sensorelektrode 11 und die Masseelektrode 12 ein Kondensator CA gebildet. In Abhängigkeit von dem Insassen 1 und der Umhüllung 8 ändert der Kondensator CA seine elektrostatische Kapazität zwischen der Sensorelektrode 11 und der Masseelektrode 12. Durch die Mittelelektrode 13 und die Masseelektrode 12 ist ein Kondensator CB gebildet. In Abhängigkeit von der Hauptpolsterung 5 und der Umhüllung 8 ändert der Kondensator CB seine elektrostatische Kapazität zwischen der Mittelelektrode 13 und der Masseelektrode 12. Durch die Sensorelektrode 11 und die Mittelelektrode 13 ist ein Kondensator CC gebildet. In Abhängigkeit von dem Urethan-Teil 15 ändert der Kondensator CC seine elektrostatische Kapazität zwischen der Sensorelektrode 11 und der Mittelelektrode 13.

Gemäß Fig. 5 wird von einer Detektorschaltung IC1 in einer mit einem Schaltgliederfeld bzw. einem sog. Gate-Array versehenen Steuereinheit ECU die Änderung der elektrostatischen Kapazität des Kondensators CA erfaßt und das Einschalten und Ausschalten einer Auswerteschaltung IC2 gesteuert. Die Auswerteschaltung IC2 erkennt mit einem Mikrocomputer durch ein Ausgangssignal der Detektorschaltung IC1 die Anwesenheit des Insassen 1. Ein Spannungsfolger mit einem Rechenverstärker OP1 bildet eine Ausgleichschaltung IC3 zum Angleichen von elektrischem Potential. Die Änderungen der elektrostatischen Kapazität des Kondensators CB hängen lediglich von den Änderungen der elektrostatischen Kapazität des Kondensators CA ab, da die Ausgleichsschaltung IC3 das elektrische Potential der Mittelelektrode 13 auf dasjenige der Sensorelektrode 11 ausgleicht.

Die Sensorelektrode 11 in dem Sensor 14 ist über einen Widerstand R1 an einen Ausgang SEO der Detektorschaltung IC1 angeschlossen. Die Mittelelektrode 13 in dem Sensor 14 ist an den Ausgang des Rechenverstärkers OP1 angeschlossen und der nichtinvertierende Eingang des Rechenverstärkers OP1 ist über einen Widerstand R8 mit einem Verbindungspunkt b zwischen der Sensorelektrode 11 und dem Widerstand R1 verbunden. Der Verbindungspunkt b ist über einen Widerstand R11 mit dem invertierenden Eingang eines ersten Vergleichers CMP1 sowie über einen Widerstand R12 mit dem invertierenden Eingang eines zweiten Vergleichers CMP2 verbunden. An den nichtinvertierenden Eingang des ersten Vergleichers CMP1 ist eine erste Schwellenspannung V1 angelegt, die durch Teilen einer Spannung Vcc aus einem Spannungsregler mit Widerständen R2 und R3 erzeugt ist. An den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Vergleichers CMP2 ist eine zweite Schwellenspannung V2 angelegt, die durch Teilen der Spannung Vcc aus dem Spannungsregler mit Widerständen R4 und R5 erzeugt ist. Der erste Vergleicher CMP1 dient zum Ermitteln der Anwesenheit des Insassen und der zweite Vergleicher CMP2 dient zum Erfassen eines Absinkens des Widerstandswertes für das Verhindern eines (nicht dargestellten) Isolationsdurchbruchs, wobei die Spannung V2 höher als die Spannung V1 ist. Der Ausgang des ersten Vergleichers CMP1 ist mit einem Eingang SEI der Detektorschaltung IC1 verbunden, während der Ausgang des zweiten Vergleichers CMP2 mit einem Eingang SEH der Detektorschaltung IC1 verbunden ist.

Die Auswerteschaltung IC2 enthält einen Festspeicher (ROM) und einen Schreib/Lesespeicher (RAM), die nicht dargestellt sind, und Ausgänge OT1, OT2, OT3 und OT4 sind jeweils mit Eingängen SL, SCL, END und INP der Detektorschaltung IC1 verbunden. Ein Ausgang INE der Detektorschaltung IC1 ist mit einem Eingang IN2 der Auswerteschaltung IC2 sowie über Widerstände R6 und R7 mit einem Eingang CE der Auswerteschaltung IC2 verbunden. Ein Ausgang SOT der Detektorschaltung IC1 ist mit einem Eingang IN3 der Auswerteschaltung IC2 verbunden. Der Ausgang INE sendet ein Freigabe- bzw. Einschaltsignal, d. h., ein Aufnahmezulassungs­ signal, das es der Auswerteschaltung IC2 ermöglicht, Signale in einem vorbestimmten Zyklus abzufragen, während der Ausgang SOT entsprechend dem Aufnahmezulassungssignal der Auswerteschaltung IC2 Daten bezüglich der elektrostatischen Kapazität zuführt. Die Auswerteschaltung IC2 führt dem Eingang SL ein Signal zu, das der Detektorschaltung IC1 das Einstellen der Daten befiehlt, und sendet ein Taktsignal zu dem Eingang SCL. Wenn die Auswerteschaltung IC2 das Aufnahmezulassungssignal bzw. Freigabesignal empfängt, gibt sie an den Eingang END ein Signal zum Bestätigen des Freigabesignals ab. Dem Eingang INP führt die Auswerteschaltung IC2 ein Signal für die Erkennung der Anwesenheit des Insassen zu.

An einen Eingang IN1 und einen Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R6 und R7 ist eine Eingabeschaltung SC angeschlossen. Mit Anschlüssen VCC der Detektorschaltung IC1 und der Auswerteschaltung IC2 ist eine Stromversorgungsschaltung PC verbunden, die der Detektorschaltung IC1 und der Auswerteschaltung IC2 jeweils ein Rücksetzsignal zuführt. Die Stromversorgungsschaltung PC ist über eine Diode D1 mit einer Stromquelle B verbunden sowie mit einem Anschluß einer Diode D2 und einem Anschluß einer Diode D3 verbunden. Der andere Anschluß der Diode D2 und der andere Anschluß der Diode D3 sind jeweils über einen Zündungsschalter IG bzw. einen Zusatzschalter ACC mit der Stromquelle B verbunden. Anschlüsse X1 und X0 der Detektorschalung IC1 und der Auswerteschaltung IC2 sind jeweils mit einem Oszillator OSC1 bzw. OSC2 verbunden. Anschlüsse GND der Detektorschaltung IC1 und der Auswerteschaltung IC2 sind mit Masse verbunden. Ein Anschluß OTP ist über eine Ausgabeschaltung OC mit einem System 16 außerhalb der Steuereinheit ECU verbunden.

Nachstehend wird die Funktion des kapazitiven Detektorsystems ausführlich erläutert. An dem Ausgang SEO wird ein Impulssignal mit einem vorbestimmten Zyklus abgegeben und der Widerstand R1 und der Sensor 14 erzeugen ein Signal, das entsprechend den elektrostatischen Kapazitäten der jeweiligen Kondensatoren CA, CB und CC in bezug auf das Impulssignal phasenverschoben ist. Der Rechenverstärker OP1 gleicht die elektrische Spannung an einem Verbindungspunkt a an die Spannung am Verbindungspunkt b an, d. h., die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden des Kondensators CC wird aufgehoben. Die elektrostatischen Kapazitäten der Kondensatoren CB und CC heben einander auf, so daß die Kondensatoren CB und CC nicht das Signal beeinflussen, das in bezug auf das Impulssignal phasenverschoben ist.

Der erste Vergleicher CMP1 vergleicht das gegenüber dem Impulssignal phasenverschobene Signal mit der ersten Schwellenspannung V1 und erzeugt ein gegenüber dem Impulssignal phasenverschobenes Erfassungssignal. Die Detektorschaltung IC1 empfängt das Erfassungssignal an dem Eingangsanschluß SEI, bildet eine Antivalenzverknüpfung bzw. eine EXOR-Verknüpfung des Impulssignals mit dem Erfassungssignal und erzeugt ein Phasensignal. Die Detektorschaltung IC1 berechnet einen Mittelwert von einigen Phasensignalwerten und gibt den Mittelwert in vorbestimmten Zeitabständen als endgültigen Kapazitätsdatenwert an die Auswerteschaltung IC2 ab.

Gemäß Fig. 6 wird bei einem Schritt 201 in Intervallen von 0,5 s ermittelt, ob eine Kennung bzw. ein Zustandsmerker F1 gesetzt ist oder nicht. Die Kennung F1 wird auf "1" gesetzt, wenn der endgültige Kapazitätsdatenwert von der Detektorschaltung IC1 der Auswerteschaltung IC2 zugeführt ist. Falls die Kennung F1 auf "1" gesetzt ist, schreitet die Steuerung der Steuereinheit ECU zu einem Schritt 202 weiter. Bei dem Schritt 202 wird ermittelt, ob eine Differenz eines vorangehenden Kapazitätsdatenwertes Da, der in einem Register hierfür gespeichert ist, gegenüber einem in einem zugehörigen Register gespeicherten gegenwärtigen Kapazitätsdatenwert Db größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Die bei dem Schritt 202 berechnete Differenz zwischen dem vorhergehenden Kapazitätsdatenwert Da und dem gegenwärtigen Kapazitätsdatenwert Db wird als Änderungsdatenwert Dc in ein Kapazitätsänderungs-Register eingespeichert. Bei einem Schritt 203 wird der frühere Kapazitätsdatenwert Da durch den gegenwärtigen Kapazitätsdatenwert Db ersetzt, der in dem Register für den vorhergehenden Kapazitätsdatenwert eingespeichert wird. Bei einem Schritt 204 wird der Absolutwert des Änderungsdatenwertes Dc mit dem vorbestimmten Wert verglichen. Falls der Absolutwert des Änderungsdatenwert Dc größer als ein Wert X ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 205 weiter, bei dem ermittelt wird, ob eine die Anwesenheit des Insassen anzeigende Kennung Fj auf "1" gesetzt ist oder nicht. Die auf "1" gesetzte Kennung Fj zeigt an, daß auf dem Sitz ein Passagier sitzt, während die auf "0" rückgesetzte Kennung Fj anzeigt, daß sich auf dem Sitz kein Passagier befindet. Wenn bei dem Schritt 205 die Kennung Fj auf "0" geschaltet ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 206 weiter, bei dem ermittelt wird, ob eine Kennung FT1 auf "1" gesetzt ist oder nicht. Falls die Kennung FT1 auf "1" gesetzt ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 207 weiter, bei dem die Kennung Fj auf "1" gesetzt wird. Die Kennung FT1 wird auf "1" gesetzt, wenn ein Zeitgeber TM1 abläuft. Der Zeitgeber TM1 wird zu dem Zeitpunkt eingeschaltet, an dem der erste Steuerungszustand (für die Anzeige "kein Passagier auf dem Sitz") auf den zweiten Steuerungszustand (für die Anzeige "Passagier auf dem Sitz") wechselt. Im Gegensatz dazu wird eine Kennung FT2 auf "0" gesetzt, wenn ein Zeitgeber TM2 abläuft. Der Zeitgeber TM2 wird zu dem Zeitpunkt eingeschaltet, an dem der zweite Steuerungszustand (für die Anzeige "Passagier auf dem Sitz") auf den ersten Steuerungszustand (für die Anzeige "kein Passagier auf dem Sitz") wechselt. Falls bei dem Schritt 206 die Kennung FT1 auf "1" gesetzt ist, nämlich wenn nach dem Wechsel von dem ersten Steuerungszustand (für die Anzeige "kein Passagier auf dem Sitz") auf den zweiten Steuerungszustand (für die Anzeige "Passagier auf dem Sitz") eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, schreitet die Steuerung zu dem Schritt 207 weiter, bei dem die Kennung Fj auf "1" gesetzt wird. Falls bei dem Schritt 204 der Absolutwert des Änderungsdatenwertes Dc kleiner als der Wert X ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 208 weiter, bei dem ermittelt wird, ob die Kennung Fj auf "1" gesetzt ist oder nicht. Falls die Kennung Fj auf "1" gesetzt ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 209 weiter, bei dem ermittelt wird, ob die Kennung FT2 auf "1" gesetzt ist oder nicht. Falls bei dem Schritt 209 die Kennung FT2 auf "1" gesetzt ist, nämlich nach dem Wechsel von dem zweiten Steuerzustand (für die Anzeige "Passagier auf dem Sitz") auf den ersten Steuerzustand (für die Anzeige "kein Passagier auf dem Sitz") eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 210 weiter, bei dem die Kennung Fj auf "0" rückgesetzt wird. Falls bei dem Schritt 205 ermittelt wird, daß die Kennung Fj auf "1" gesetzt ist, oder bei dem Schritt 208 ermittelt wird, daß die Kennung Fj auf "0" rückgesetzt ist, oder bei dem Schritt 207 die Kennung Fj auf "1" gesetzt wird oder bei dem Schritt 210 die Kennung Fj auf "0" rückgesetzt wird, schreitet die Steuerung zu Schritten 211, 212, 213 und 214 weiter. Bei den Schritten 211, 212, 213 und 214 werden die Zeitgeber TM1 und TM2 rückgesetzt und die Kennungen FT1 und FT2 auf "0" rückgesetzt.

Die Ausgleichsschaltung IC3 kann in dem Sensor 14 statt in der Steuereinheit ECU enthalten sein.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Erfassungssignal nur in Abhängigkeit von der elektrostatischen Kapazität des Kondensators CA erzeugt, da die elektrostatischen Kapazitäten der Kondensatoren CB und CC einander aufheben. Das Signal ist von der Hauptpolsterung 5 und dem Urethan-Teil 15 unabhängig, so daß mit dem kapazitiven Detektorsystem verhindert ist, daß trotz einer Änderung der Umgebungsbedingungen ein Dielektrikum erfaßt wird, das nicht wahrgenommen werden soll.

Claims (3)

1. Kapazitives Detektorsystem mit einer Masseelektrode und einer Sensorelektrode, die der Masseelektrode gegenüberge­ setzt ist und mit dieser einen ersten Kondensator bildet, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit vom Vorhandensein eines Dielektrikums ändert, gekennzeichnet durch
eine Mittelelektrode (13), die zwischen der Masseelektrode (12) und der Sensorelektrode (11) angeordnet ist und einen zweiten Kondensator (CB) zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode sowie einen dritten Kondensator (CC) zwischen der Mittelelektrode und der Sensorelektrode in der Weise bildet, daß die Kapazität des zweiten Kondensators oder des dritten Kondensators dazu dient, ein anderes Dielektrikum zu erfassen, und
eine Ausgleichseinrichtung (IC3), die das elektrische Potential der Mittelelektrode an dasjenige der Sensorelektrode angleicht.

2. Detektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung (IC3) ein Rechenverstärker (OP1) ist.

3. Insassendetektorsystem für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch
einen Sitz (4), der mindestens ein Federungselement (6, 7) enthält,
eine Masseelektrode (12), die das Federungselement und einen Fahrzeugaufbau (9) enthält,
eine Sensorelektrode (11), die in dem Sitz angeordnet und der Masseelektrode gegenübergesetzt ist, um dazwischen einen ersten Kondensator (CA) zu bilden, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit von der Anwesenheit eines Insassen (1) ändert,
eine Mittelelektrode (13), die zwischen der Masseelektrode und der Sensorelektrode angeordnet ist und die einen zweiten Kondensator (CB) zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode sowie einen dritten Kondensator (CC) zwischen der Mittelelektrode und der Sensorelektrode in der Weise bildet, daß die Kapazität des zweiten Kondensators oder des dritten Kondensators dazu dient, ein Dielektrikum zu erfassen, das von dem durch den Insassen gebildeten verschieden ist,
eine zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode angeordnete Hauptpolsterung (5),
ein zwischen der Sensorelektrode und der Mittelelektrode angeordnetes Urethan-Teil (15),
eine Umhüllung (8), die zwischen der Masseelektrode und der Sensorelektrode sowie zwischen der Hauptpolsterung und der Masseelektrode angebracht ist, und
eine Ausgleichseinrichtung (IC3), die das elektrische Potential der Mittelelektrode an dasjenige der Sensorelektrode angleicht.