DE60026031T2

DE60026031T2 - Insassensensor

Info

Publication number: DE60026031T2
Application number: DE60026031T
Authority: DE
Inventors: G. James Novi STANLEY; A. Robert Plymouth STOPPER; G. Judson Famington Hills McDONNELL
Original assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Current assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: US6392542B1; EP1112502A1; WO2001004648A1; EP1112502B1; JP2003504624A; DE60026031D1; EP1112502A4

Description

Die US 6,043,743 offenbart ein Insassendetektorsystem, bei dem das Vorhandensein von Wasser auf dem Sitz mittels einer Phasendetektorschaltung detektiert wird.
Die EP 1 065 097 offenbart ein Passagierdetektorsystem, das einen dielektrischen Sensor und einen Drucksensor enthält.
Die WO 97/39920 offenbart einen kapazitiven Sensor (Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 15) zur Detektion von Personen auf den Sitzen.
Die US 6,253,133 offenbart einen Sitzdetektor, der die Position detektiert, in der der Passagier sitzt, wobei Sensoren sowohl an der Rückseite als auch auf der Unterseite des Sitzes verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für einen Insassen und ein Verfahren zum Erfassen eines Insassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Insassensensor bereitgestellt, aufweisend:
einen Sensor für ein elektrisches Feld, der mindestens eine erste Elektrode aufweist, die in einem Fahrzeugsitz angebracht werden kann; und
eine Erfassungsschaltung, die funktional mit der mindestens einen ersten Elektrode gekoppelt ist, wobei die Erfassungsschaltung ein angelegtes Signal an die mindestens eine erste Elektrode anlegt, wobei das angelegte Signal ein erstes oszillierendes Signal aufweist, die Erfassungsschaltung ein erstes Signal als Reaktion auf mindestens eine das elektrische Feld beeinflussende Eigenschaft eines Objektes in der Nähe des Sensors für das elektrische Feld erzeugt, wobei das erste oszillierende Signal mindestens eine Frequenz aufweist, wobei mindestens eine der mindestens einen Frequenz höchstens schwach auf einen Feuchtezustand des Fahrzeugsitzes durch eine Flüssigkeit reagiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Insassensensor bereitgestellt, aufweisend:
einen Sensor für ein elektrisches Feld, der mindestens eine erste Elektrode aufweist, die in einem Fahrzeugsitz angebracht werden kann; und
eine Erfassungsschaltung, die funktional mit der mindestens einen ersten Elektrode gekoppelt ist, wobei die Erfassungsschaltung ein angelegtes Signal an die mindestens eine erste Elektrode anlegt, wobei das angelegte Signal ein erstes oszillierendes Signal aufweist, die Erfassungsschaltung ein erstes Signal als Reaktion auf mindestens eine das elektrische Feld beeinflussende Eigenschaft eines Objektes in der Nähe des Sensors für das elektrische Feld erzeugt und das angelegte Signal und die Erfassungsschaltung so ausgelegt sind, dass Erfassungsschlatung auf einen Feuchtezustand des Fahrzeugsitzes reagiert, wobei das erste oszillierende Signal mindestens einen Impuls aufweist und der mindestens eine Impuls so ausgelegt ist, dass eine Flüssigkeit in der Nähe der mindestens einen ersten Elektrode auf eine Änderung eines elektrischen Feldes in der Nähe der mindestens einen ersten Elektrode innerhalb einer Zeitspanne reagiert, die einen Schwellenwert überschreitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Erfassen eines Insassen bereitgestellt, aufweisend:
Platzieren mindestens einer Elektrode in einem Sitz eines Kraftfahrzeugs;
Anlegen eines oszillierenden Signals an die mindestens eine Elektrode;
Erzeugen eines zweiten Signals als Reaktion auf die mindestens eine Elektrode;
Messen der Amplitude des zweiten Signals;
Messen der Phase des zweiten Signals relativ zum oszillierenden Signal;
Drehen der Amplitude und Phase im Amplituden-Phasen-Raum um einen Winkel, um eine gedrehte Amplitude und eine gedrehte Phase zu erzeugen;
Kompensieren der gedrehten Amplitude mit einem Wert entsprechend der gedrehten Phase, um eine kompensierte gedrehte Amplitude zu erzeugen; und
Vergleichen der kompensierten gedrehten Amplitude mit einem Schwellenwert.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Kind in einem typischen nach hinten weisenden Kindersitz auf einem Fahrzeugsitz;
3a und 3b einige Elektrodenausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine weitere Elektrodenausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine weitere Elektrodenausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 die Kapazität eines Sensors für ein elektrisches Feld gemäß 5 für verschiedene Sitzbelegungsszenarien und -bedingungen;
7 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Sensors für ein elektrisches Feld, der eine fremderregte Abschirmung enthält;
8 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Schaltung zur Bereitstellung sowohl von Amplituden- als auch Phaseninformationen von einem Sensor für ein elektrisches Feld;
9 einen Graphen des Phasenwinkels über der Amplitude eines Sensors für ein elektrisches Feld für verschiedene Sitzbelegungsszenarien und unterschiedliche Nässegrade;
10a ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform einer Schaltung zur Bereitstellung sowohl von Amplituden- als auch Phaseninformationen von einem Sensor für ein elektrisches Feld;
10b die Funktionsweise verschiedener Elemente der Erfassungsschaltung von 10a;
11a ein Flussdiagramm der Verarbeitung der Amplituden- und Phasenmessungen von einem Sensor für ein elektrisches Feld;
11b ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Berechnung eines Rotationsfaktors aus den Amplituden- und Phasenmessungen von einem Sensor für ein elektrisches Feld für trockene Sitzbedingungen;
11c ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Berechnung einer Kompensationsfunktion aus den Amplituden- und Phasenmessungen von einem Sensor für ein elektrisches Feld;
12a einen Graphen der Phase über der Amplitude für Messungen eines Sensors für ein elektrisches Feld bei trockenen Sitzbedingungen, der einen Rotationswinkel zum Einstellen nachfolgender Messungen vom Sensor für ein elektrisches Feld zeigt;
12b einen Graphen der Phase über der Amplitude für Messungen eines Sensors für ein elektrisches Feld für verschiedene Sitzbelegungsbedingungen und Sitzfeuchtebedingungen;
12c einen Graphen einer Kompensationsfunktion;
12d einen Graphen der kompensierten Amplitude als Funktion der gedrehten Phase für die Messungen von 12b;
13a eine Mehrzahl Kapazitätsmessungen eines Sensors für ein elektrisches Feld, die in Abhängigkeit von der Feuchte für verschiedene Sitzbelegungsszenarien aufgetragen sind;
13b eine Mehrzahl Kapazitätsmessungen eines Sensors für ein elektrisches Feld, die gemäß dem Prozess von 11a kompensiert worden sind und in Abhängigkeit von der Feuchte für verschiedene Sitzbelegungsszenarien aufgetragen sind;
14a und 14b schematische Diagramme einer weiteren Ausführungsform einer Schaltung zur Bereitstellung sowohl von Amplituden- als auch Phaseninformationen von einem Sensor für ein elektrisches Feld;
15 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Schaltung zur Bereitstellung sowohl integraler als auch Spitzeninformationen von einem Sensor für ein elektrisches Feld unter Verwendung der Impulsanregung;
16 ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform einer Schaltung zur Bereitstellung sowohl integraler als auch Spitzeninformationen von einem Sensor für ein elektrisches Feld unter Verwendung der Impulsanregung; und
17 Signale in der Schaltung von 16 für zwei verschiedene Pegel des Nebenwiderstandes des Sensors für ein elektrisches Feld.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist ein Insassen-Sensor 10 einen elektrischen Feldsensor 12 auf, um einen Insassen auf einem Sitz 14 eines Kraftfahrzeugs 16 zu detektieren. Der elektrische Feldsensor 12 ist z. B. im Sitzkörper 18 unter einer Sitzabdeckung 20 und nahe der Oberseite eines Schaumstoffkissens 22 platziert, kann sich aber auch an anderer Stelle für andere Insassenerfassungsanwendungen z. B. an der Rückseite 24 des Sitzes befinden.
Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck "elektrischer Feldsensor" auf einen Sensor, der als Reaktion auf den Einfluss einer erfassten Größe auf ein elektrisches Feld ein Signal erzeugt. Im Allgemeinen weist ein elektrischer Feldsensor mindestens eines Elektrode auf, an die mindestens ein angelegtes Signal angelegt wird; und mindestens eine Elektrode, bei der es sich um dieselbe Elektrode oder um Elektroden handeln könnte, an die das angelegte Signal angelegt wird, an der ein empfangenes Signal (oder eine Antwort) gemessen wird. Das angelegte Signal erzeugt ein elektrisches Feld von der mindestens einen Elektrode zu einer Masse in der Umgebung der mindestens einen Elektrode oder zu einer anderen mindestens einen Elektrode. Das angelegte und das empfangene Signal können derselben Elektrode oder denselben Elektroden oder verschiedenen Elektroden zugeordnet werden. Das bestimmte elektrische Feld, das einer gegebenen Elektrode oder einem Elektrodensatz zugeordnet ist, hängt von der Art und der Geometrie der Elektrode oder des Elektrodensatzes und von der Art der jeweiligen Umgebungen ab, z. B. von den dielektrischen Eigenschaften der Umgebungen. Bei einer festen Elektrodengeometrie reagieren das empfangene Signal oder die empfangenen Signale eines elektrischen Feldsensors auf das angelegte Signal oder die angelegten Signale und die Art der das resultierende elektrische Feld beeinflussenden Umgebung, z. B. auf das Vorhandensein und die Lage eines Objektes mit einer Dielektrizitätskonstanten oder Leitfähigkeit, die von denen seiner Umgebung verschieden sind.
Eine Form des elektrischen Feldsensors ist ein kapazitiver Sensor, bei dem die Kapazität einer oder mehrerer Elektroden – aus der Beziehung zwischen empfangenem und angelegtem Signal – für eine gegebene Elektrodenkonfiguration gemessen wird. Der Fachartikel "Field mice: Extracting hand geometry from electric field measurements" von J. R. Smith, veröffentlicht in IBM Systems Journal, Jahrg. 35, Nr. 3 und 4, 1966, SS. 587 bis 608, der hiermit einbezogen wird, beschreibt das Konzept der Erfassung eines elektrischen Feldes, wie es zur Ausführung kontaktloser dreidimensionaler Positionsmessungen verwendet wird, und genauer zur Erfassung der Position einer menschlichen Hand zum Zwecke der Bereitstellung dreidimensionaler Positionseingaben in einen Computer. Was allgemein als kapazitives Erfassen bezeichnet worden ist, weist eigentlich die verschiedenen Mechanismen auf, die der Autor als "loading mode" (Lademodus), "shunt mode" (Parallelmodus) und "transmit mode" (Sendemodus) bezeichnet, die den verschiedenen möglichen Wegen des elektrischen Stroms entsprechen. Im Parallelmodus wird eine mit niedriger Frequenz oszillierende Spannung an eine Sendeelektrode gelegt, und der an einer Empfangselektrode induzierte Verschiebungsstrom wird mit einem Stromverstärker gemessen, wodurch der Verschiebungsstrom durch den erfassten Körper modifiziert werden kann. Im "Lademodus" modifiziert das zu erfassende Objekt die Kapazität einer Sendeelektrode relativ zu Masse. Im Sendemodus wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Kontakt gebracht, der dann entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über kapazitive Kopplung ein Sender relativ zu einem Empfänger wird. Dementsprechend handelt es sich beim elektrischen Feldsensor 12 entweder um einen allgemein als kapazitiven Sensor bekannten Sensor oder im allgemeineren Sinn um einen elektrischen Feldsensor, der in einem der oben beschriebenen Modi arbeitet. Der elektrische Feldsensor 12 weist mindestens eine erste Elektrode 26 auf, die funktional mit mindestens einem ersten angelegten Signal 28 gekoppelt ist, um ein elektrisches Feld in der Nähe der mindestens einen ersten Elektrode 26 zu erzeugen, das auf das erste angelegte Signal 28 reagiert. Das erste angelegte Signal 28 weist z. B. entweder ein oszillierendes oder ein gepulstes Signal auf. Die mindestens eine erste Elektrode 26 ist funktional mit einem Empfänger 30 gekoppelt, der mindestens ein empfangenes Signal 32 ausgibt, das auf das elektrische Feld an der entsprechenden ersten Elektrode 26 reagiert, wobei das empfangene Signal 32 auf mindestens eine das elektrische Feld beeinflussende Eigenschaft – z. B. die Dielektrizitätskonstante, die Leitfähigkeit, die Größe, die Masse oder den Abstand – eines Objektes in der Nähe des elektrischen Feldsensors 12 reagiert. Wenn z. B. der elektrische Feldsensor 12 als Kapazitätssensor arbeitet, misst der Empfänger 30 die Kapazität der mindestens einen ersten Elektrode 26 bezüglich entweder einer anderen ersten Elektrode 26 oder bezüglich einer umgebenden Masse, z. B. eines Sitzrahmens 34 des Sitzes 14, der mit der Schaltungsmasse 36 verbunden ist. Das mindestens eine erste angelegte Signal 28 wird z. B. von einer Erfassungsschaltung 38 erzeugt, die auch den Empfänger 30 enthält. Die Erfassungsschaltung 38 und das zugehörige mindestens eine erste angelegte Signal 28 reagieren auf einen mit Wasser getränkten Sitz 14 bei Messungen vom elektrischen Feldsensor 12.
Der elektrische Feldsensor 12 erzeugt ein elektrisches Feld aus dem ersten angelegten Signal 28, das an die mindestens eine erste Elektrode 26 angelegt wird, und erfasst Objekte in der Nähe der zugehörigen mindestens einen ersten Elektrode 26 z. B. im Sitzkörper 18 des Sitzes 14 aus dem Einfluss des elektrischen Feldes auf das empfangene Signal 32. Die mindestens eine erste Elektrode 26 des elektrischen Feldsensors 12, das daran angelegte erste angelegte Signal 28 und die Empfindlichkeit des Empfängers 30 sind sämtlich so ausgelegt, dass der elektrische Feldsensor 12 z. B. im Wesentlichen nicht auf Objekte reagiert, die sich weiter als 50 mm oberhalb des Sitzkörpers 18 befinden, aber deutlich auf Insassen reagiert, die normal direkt auf dem Sitz 14 sitzen.
Die mindestens eine erste Elektrode 26 kann so geformt und angeordnet sein, dass sie Sitzbedingungen, in denen ein Rückhalteaktor 40, z. B. ein Gasgeneratormodul 42 für den Luftsack aktiviert werden sollte, von Sitzbedingungen unterscheiden kann, bei denen der Rückhalteaktor 40 nicht aktiviert werden sollte, um zu verhindern, dass ein Insasse 44 stärker verletzt werden würde als wenn der Rückhalteaktor 40 nicht aktiviert wird.
Die erste Elektrode 26 ist z. B. so geformt und angeordnet, dass die Kapazität der mindestens einen ersten Elektrode 26 bezüglich der Schaltungsmasse 36 wesentlich höher ist für eine Sitzbedingung, bei der der Rückhalteaktor 40 aktiviert werden sollte, z. B. ein Insasse 44, der in einer im Wesentlichen normalen Sitzposition auf dem Sitz 14 sitzt, oder ein großer Körper unmittelbar oberhalb des Sitzkörpers 18, als für eine Sitzbedingung, in der der Rückhalteaktor 40 nicht aktiviert werden sollte, z. B. ein leerer Sitz 14, ein Kleinkinder-, ein Kindersitz oder ein Booster Seat auf dem Sitz 14 mit oder ohne darauf sitzendem Kleinkind oder Kind, oder ein Insasse 44 auf dem Sitz 14 in einer Position, die von einer normalen Sitzposition erheblich verschieden ist. Die mindestens eine erste Elektrode 26 hat z. B. im Wesentlichen die gleiche Größe wie eine zu erfassende Zone auf dem Sitz 14, und Abschnitte der mindestens einen ersten Elektrode 26 können entfernt werden, um ihre Empfindlichkeit selektiv in der Nähe von Zonen zu verringern, wo ein Kleinkind oder Kind in einem Kleinkinder-, Kindersitz oder auf einem Booster Seat dem Sitz 14 am nächsten ist.
Anders formuliert: der elektrische Feldsensor 12 hat eine relativ kurze Reichweite und erfasst einen Insassen 44 prinzipiell, wenn sich eine relativ große Oberfläche des Insassen relativ nah am Sensor befindet. Bei Insassen, die normal direkt auf der Sitzabdeckung sitzen, befindet sich typischerweise eine große Oberfläche ihres Körpers relativ nah am Sensor. Wenn Kleinkinder oder Kinder im Kindersitz sitzen, ist ihr Körper zum größten Teil um einige Zoll über die Oberfläche des Sitzkörpers angehoben, was einen relativ kleinen Einfluss auf den elektrischen Feldsensor 12 zu Folge hat. Der elektrische Feldsensor 12 im Sitzkörper 18 unterscheidet zwischen einem großen Körper unmittelbar oberhalb der Sitzabdeckung 20 – z. B. ein normal sitzender nach vorne gerichteter Insasse auf dem Sitz- und einem Kleinkinder- oder Kindersitz – einschl. nach hinten oder vorne weisend sowie Booster Seat – auf einem Beifahrersitz 14. Wenn sich auf dem Sitz 14 ein Kindersitz (einschl. nach hinten weisender Kindersitz, nach vorne weisender Kindersitz und Booster Seat) befindet, oder wenn der Sitz 14 leer ist, wird kein nach vorne gerichteter Insasse in der Nähe des Sitzkörpers erkannt, und als Ergebnis bewirkt der elektrische Feldsensor 12, dass der Rückhalteaktor 40 deaktiviert wird.
Eine Elektrode des elektrischen Feldsensors 12 kann auf verschiedene Weise aufgebaut sein, und das Konstruktionsverfahren gilt nicht als einschränkend. Eine Elektrode kann z. B. unter Verwendung einer starren Platine oder einer flexiblen Platine aufgebaut werden, wobei bekannte Techniken für gedruckte Schaltungen wie Ätzen oder Abscheiden von leitfähigen Materialien, die auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht werden, angewendet werden. Alternativ kann die Elektrode einen diskreten Leiter aufweisen wie einen leitfähigen Film, eine Folie oder ein Gitter, der entweder vom Sitz 14 oder dessen Komponenten getrennt ist oder einen integralen Bestandteil desselben bildet. Die Baugruppe aus einer oder mehreren Elektroden zusammen mit dem zugehörigen Substrat wird manchmal als Sensorkissen oder kapazitives Sensorkissen bezeichnet.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der elektrische Feldsensor 12 ein kapazitives Sensorkissen 64 auf, das mit einem Elektronikmodul 66 verbunden ist, welches eine Erfassungsschaltung 38 enthält, die zum Messen der Kapazität des kapazitiven Sensorkissens 64 relativ zur Schaltungsmasse 36 erforderlich ist, oder andere Messmittel, die auf den Einfluss eines das elektrische Feld beeinflussenden Mediums auf den elektrischen Feldsensor 12 reagieren. Im Betrieb erhöht ein Insasse, der auf dem Sitzkörper 18 des Sitzes 14 sitzt, die Kapazität des elektrischen Feldsensors 12 hinreichend, um die Anwesenheit des Insassen zu melden. Das kapazitive Sensorkissen 64 ist so ausgeführt, dass es auf große Objekte wie normal sitzende Erwachsene auf dem Sitzkörper 18, für die bei einem Aufprall ein Luftsack-Rückhaltesystem vorteilhaft wäre, deutlich reagiert und auf Objekte wie nach hinten weisende Sitze für Kleinkinder, Kindersitze und Booster Seats auf dem Fahrzeugsitz, für die ein Luftsack-Rückhaltesystem bei einem Aufprall nicht vorteilhaft wäre, im Wesentlichen nicht reagiert.
Der elektrische Feldsensor 12 und ein Aufprallsensor 46 sind funktional mit einer Steuerung 48 gekoppelt, die gemäß analoger, digitaler oder Mikroprozessor-Schaltungen und Software arbeitet, um die Betätigung des Rückhalteaktors 40 als Reaktion auf ein erstes Signal 50 vom elektrischen Feldsensor 12 zu steuern, das ein Sitzbelegungsszenario angibt, und auf ein zweites Signal 52 vom Aufprallsensor 46, das einen Aufprall angibt. Bei dem Beispiel eines Rückhalteaktors 40, der ein Gasgeneratormodul 42 für den Luftsack aufweist, wird als Reaktion auf einen vom Aufprallsensor 46 detektierten Aufprall dann, wenn ein Insasse 44 auf dem Sitz 14 sitzt, ein von der Steuerung 42 erzeugtes drittes Signal 54 funktional mit einem oder mehreren Initiatoren 56 eines oder mehrerer Gasgeneratoren 58 die im Gasgeneratormodul 42 für den Luftsack installiert sind, gekoppelt, wodurch die Betätigung des Gasgeneratormoduls 42 für den Luftsack so gesteuert wird, dass ein zugehöriger Luftsack 60 wie erforderlich aufgeblasen wird, um den Insassen 44 vor Verletzung zu schützen, die sonst durch den Aufprall verursacht werden könnte. Die elektrische Spannung, die zur Ausführung dieser Operationen erforderlich ist, wird von einer Spannungsquelle 62 geliefert, z. B. von der Fahrzeugbatterie. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Insas sen-Sensor 10 die Entscheidung hinsichtlich der Aktivierung/Deaktivierung des Rückhalteaktors 40 treffen und diese Entscheidung der Steuerung 48 zum Steuern der Betätigung des Rückhalteaktors 40 übermitteln. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Insassen-Sensor 10 den Aufprallsensor 46 und die Elemente der Steuerung 48 in einem einzigen Modul enthalten, das die Betätigung des Rückhalteaktors 40 wie hierin oben beschrieben steuert.
Wie aus 2 ersichtlich ist, kann der Insassen-Sensor 10 dazu verwendet werden, Kleinkinder oder Kinder, die in nach hinten weisenden Kleinkindersitzen, Kindersitzen oder auf Booster Seats sitzen, aufgrund dessen, dass sich keine große Oberfläche des Körpers des Kindes 200 sehr nahe am Sitzkörper 18 und der darin enthaltenen mindestens einen ersten Elektrode 26 befindet, von Erwachsenen zu unterscheiden. Für den elektrischen Feldsensor 12, der ein Signal als Reaktion auf die Kapazität der mindestens einen ersten Elektrode 26 bereitstellt, sorgt z. B. ein normal sitzender Insasse für eine wesentlich stärkere Erhöhung der Kapazität relativ zu einem leeren Sitz als dies ein nach hinten weisender Kleinkindersitz 202 tut. Der Insassen-Sensor 10 kann einen nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202 (rear facing infant seat – RFIS) oder allgemein einen Kindersitz von einem Erwachsenen unterscheiden, da sich beim Kind 200 im nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202 niemals eine große Körperoberfläche sehr nah am Sitzkörper 18 und der darin enthaltenen mindestens einen ersten Elektrode 26 befindet. Die Sitzkontur 204 im Innern das nach hinten weisenden Kleinkindersitzes 202 ist so beschaffen, dass das Gesäß des Kindes 200 dem Sitzkörper 18 des Sitzes 14 am nächsten liegt. Normalerweise befindet sich zwischen dem Kind 200 und dem Sitzkörper 18 des Sitzes 14 ein deutlicher Spalt von bis zu mehreren Zoll. Da Kindersitze typischerweise aus Kunststoff bestehen, werden die Sitze selbst nicht direkt vom elektrischen Feldsensor 12 erfasst. Selbst bei einem nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202, bei dem der Spalt 206 zwischen dem Kind 200 und den Sitzkörper 18 des Sitzes 14 relativ klein ist, bildet die innere Sitzkontur 204 immer noch einen deutlichen Spalt zwischen der mindestens einen ersten Elektrode 26 und allen Teilen des Kindes 200 mit Ausnahme seines Gesäßes. Da sich nur ein kleiner Abschnitt der Oberfläche des Kindes 200 nahe der mindestens ersten Elektrode 26 befindet, ist die vom elektrischen Feldsensor 12 gemessene Kapazität relativ gering und genauer gesagt kleiner als eine Schwellenkapazität C_norm zum Erfassen eines normal sitzenden Insassen 44.
Nunmehr sei auf die 3a und 3b verwiesen, wonach die Empfindlichkeit auf nach hinten weisende Kleinkindersitze eines elementaren kapazitiven Sensorkissens 64, das eine durchgängige leitfähige Folie enthält, durch die in 3b dargestellte Modifikation verringert werden kann, insbesondere für einen nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202, bei dem nur ein kleiner Spalt 206 zwischen dem kapazitiven Sensorkissen 64.1 und dem Kind 200 verbleibt. Wie aus 3b ersichtlich ist, liegt der Abschnitt des Kindersitzes, wo der Spalt 206 klein ist, wenn der Kindersitz ordnungsgemäß eingebaut ist, normalerweise in einem Bereich zwischen 9 und 12 Zoll von der Sitzrückseite 24 und über dem gesamten Sitzkörper 18. Das kapazitive Sensorkissen 64.1 ist so ausgeführt, dass dieser Bereich weniger empfindlich ist als der übrige Abschnitt des kapazitiven Sensorkissens 64.1, indem mindestens eine Zone 300 der mindestens einen ersten Elektrode 26 im Bereich größter Empfindlichkeit entfernt wird. Demzufolge erhöht dies die Differenzierung zwischen einem Signal im schlimmsten Fall für einen nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202 und dem Signal für einen normal sitzenden Erwachsenen. Während z. B. in 3b rechteckige Schlitze dargestellt sind, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass die Modifikation des kapazitiven Sensorkissens 64.1 innerhalb des Bereichs mit vielfältigen Geometrien erzielt werden kann, um einen ähnlichen Effekt der Empfindlichkeitsverteilung des kapazitiven Sensorkissens 64.1 bereitzustellen. 4 zeigt z. B. eine Mehrzahl rechteckiger Bereiche, in denen der Leiter aus der mindestens einen ersten Elektrode 26 entfernt worden ist.
Alternativ kann ein elektrischer Feldsensor 12 mit ähnlich modifizierter Empfindlichkeit aus einer Mehrzahl kapazitiver Sensorkissen 64 im Innern des Sitzkörpers 18 aufgebaut sein, wobei ein erstes kapazitives Sensorkissen 64 nur die Zone erfasst, in der der Spalt 206 zwischen dem Kind und dem Sensor klein sein könnte, und ein zweites kapazitives Sensorkissen 64 den restlichen Abschnitt des Sitzkörpers 18 erfasst. Wenn das Gesamtsignal relativ schwach ist und vom Signal des ersten kapazitiven Sensorkissens 64 dominiert wird, handelt es sich bei dem entsprechenden Objekt auf dem Sitz 14 wahrscheinlich um einen nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202.
Eine weitere Ausführungsform mit verringerter Empfindlichkeit für Kindersitze ist in 5 dargestellt, bei der eine Masseebene 500 in der Zone des elektrischen Feldsensors 12 angeordnet ist, wo bei Installation im Sitzkörper 18 der Spalt 206 zwischen dem Sitzkörper 18 und einem Kind im nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202 klein sein könnte, um die Kapazität zu verringern, die erfasst wird, wenn sich ein nach hinten weisender Kleinkindersitz 202 auf dem Sitz 14 befindet. Demnach verringert die Masseebene 500 den Effekt jedes Objekts unmittelbar oberhalb des Bereichs der Masseebene 500 erheblich und schließt die Notwendigkeit einer fremderregten Abschirmung aus, wie später beschrieben wird. Der in 5 dargestellte elektrische Feldsensor 12 weist ferner Streifen 502 auf, die in einem Gittermuster 504 voneinander beabstandet sind. 6 zeigt Ergebnisse aus Tests mit einem elektrischen Feldsensor 12 ähnlich dem von 5, wobei die Daten mit Personen erfasst wurden, die entweder direkt auf dem Sitzkörper des Fahrzeugs oder in einem Kindersitz saßen.
Die Nässe eines Sitzes 14 in der Nähe des elektrischen Feldsensors 12 kann einen erheblichen Einfluss auf die Kapazität des elektrischen Feldsensors 12 hinsichtlich einer Schaltungsmasse 36 haben. Die Erfassungsschaltung 38 ist so ausgeführt, dass sie den Einfluss eines wassergetränkten Sitzes auf die vom Sensor gemessene Kapazität bewertet und ausgleicht, indem sie das Ausmaß misst, in dem das Wasser auf dem oder im Sitz die Kapazitätsmessung beeinflusst. Erfolgt keine Kompensation, kann Wasser auf dem Sitz die Quelle von Unbestimmtheit sein, z. B. bewirken, dass ein Kind in einem nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202 auf einem nassen Sitz als Erwachsener erfasst wird. Wenn die Sitzabdeckung des Sitzes nass wird, wird die Kapazitätsmessung durch zwei Mechanismen beeinflusst. Erstens hat das Wasser selbst eine hohe Dielektrizitätskonstante und verstärkt die kapazitive Kopplung von der Sensorelektrode zu Masse (oder jeder anderen Elektrode), was die Kapazität des kapazitiven Sensorkissens 64 erhöht, wobei die vorliegende Erfindung diese Erhöhung im Wesentlichen nicht ausgleichen kann, wenn der Effekt rein kapazitiv ist. Zweitens erhöht das Wasser die Leitfähigkeit der Sitzabdeckung 20, so dass dann, wenn die nasse Sitzabdeckung 20 sich über das kapazitive Sensorkissen 64 und bis zum Erdungspunkt am Kraftfahrzeug 16 erstreckt (d. h. Sitzrahmen 34 oder Masseebene im Sensor), kann die Sitzabdeckung 20 wie ein geerdeter Leiter wirken, selbst wenn sie kapazitiv mit Masse gekoppelt ist. Geerdete Leiter über den Sensor können die kapazitive Kopplung mit Masse deutlich verstärken. Dieser Effekt durch eine "geerdete nasse Sitzabdeckung" kann deutlich abgeschwächt werden, wenn der Sensor bei hohen Frequenzen arbeitet.
Dieser Effekt durch eine "geerdete nasse Sitzabdeckung" kann für kleine Wassermengen auf der Sitzabdeckung abgeschwächt werden, wenn der Sensor bei Frequenzen oberhalb etwa 400 kHz arbeitet, da der nasse Sitz bei diesen Frequenzen nicht gut leitet. Wenn jedoch die Sitzabdeckung und der Schaumstoff des Sitzes sehr nass sind, kann die kapazitive Kopplung zu Masse selbst bei Frequenzen deutlich über 400 kHz erheblich verstärkt werden. Der Einfluss des Wassers kann identifiziert werden, wenn berücksichtigt wird, dass die verstärkte Kopplung zu Masse nicht rein kapazitiver (oder reaktiver) Art ist, sondern auch ohmsche Komponenten enthält. Deshalb misst die vorliegende Erfindung die Gesamtkopplung zu Masse und bildet ein zweites Maß, das für die ohmschen Komponenten des Weges zu Masse repräsentativ ist, das mit dem Einfluss korreliert, den das Wasser im Sitz auf den gesamten Kopplungsweg zu Masse hat. Gemeinsam können die Messung der Gesamtkopplung zu Masse und das den Einfluss des Wassers angebende zweite Maß zu einer Funktion kombiniert werden, die die Änderung der Kopplung zu Masse als Ergebnis der Anwesenheit des Insassen auf dem Sitz identifiziert. Für die Entscheidung, den Luftsack einzusetzen, ist diese durch den Insassen hervorgerufene spätere Kopplung zu Masse ausschlaggebend und nicht der Einfluss des Wassers auf dem Sitz.
Wenn also die Kapazitätsmessung so durchgeführt wird, dass Objekte, die relativ langsam auf sich ändernde elektrische Felder reagieren, nicht erfasst werden, kann das Problem durch die geerdete nasse Sitzabdeckung verringert werden. Langsam reagierende Objekte umfassen Objekte, die mehr als einige hundert Nanosekunden benötigen, um vollständig auf ein elektrisches Feld zu reagieren. Messtechniken mit ungedämpften Wellen können dies erreichen, indem bei Frequenzen über etwa 1 MHz gearbeitet wird. Gepulste Messtechniken (d. h. Ladungsübertragungstechniken) können dies erreichen, indem Impulse verwendet werden, deren Dauer unter ca. 250 ns liegt. Der erhebliche Widerstand über eine nasse Sitzabdeckung reduziert den Effekt der geerdeten nassen Sitzabdeckung bei Frequenzen über etwa 1 MHz.
Der elektrische Feldsensor 12 arbeitet bei solchen Frequenzen oder Impulslängen, bei denen Materialien oder Objekte, die langsam reagieren – z. B. eine nasse Sitzabdeckung mit einem leitenden Weg zu Masse – nicht erfasst werden. Bei einem Dauerstrich- (continuous wave – CW) System weist das Erregungssignal ein kontinuierliches Sinus- oder Rechteckwellensignal zur Bestimmung der Kapazität des kapazitiven Sensorkissens 64 auf. Typischerweise liegen die in einen Dauerstrichsystem verwendeten Frequenzen über 1 MHz.
Die Verwendung mehrerer Impulslängen oder mehrerer Frequenzen bei den kapazitiven Erfassungsmessungen kann Informationen darüber bereitstellen, ob der Sitz nass ist. Wie oben angesprochen kann die nasse Sitzabdeckung eine dramatische Wirkung haben, wenn die Messungen bei niedrigen Frequenzen (d. h. 50 kHz) erfolgen. Die nasse Sitzabdeckung kann auch einen wesentlich geringeren Einfluss bei hohen Frequenzen haben. Bei trockenem Sitz sind die Messungen sowohl bei hohen als auch niedrigen Frequenzen zuverlässig. Deshalb können Messungen sowohl bei hohen als auch niedrigen Frequenzen einen Hinweis liefern, ob der Sitz nass ist (d. h. wenn die Kapazitätsmessung bei hoher Frequenz einen deutlich niedrigeren Wert ergibt als die Kapazitätsmessung bei niedriger Frequenz, ist der Sitz wahrscheinlich nass).
Der nasse Sitz kann auch anhand der Phaseninformation vom Sensor identifiziert werden. Das kapazitive Sensorkissen 64 kann als reiner Kondensator zu Masse modelliert werden, wenn der Sitz trocken und leer ist, oder wenn der Sitz trocken ist und eine Person auf dem Sitzkörper sitzt. Wenn dieser Kondensator geeignet in einer Schaltung platziert ist, so dass die Phase verschoben wird, wenn die Impedanz zu Masse des kapazitiven Sensorkissens 64 eine signifikante ohmsche Komponente enthält, kann der nasse Sitz identifiziert werden. Es sind zahlreiche solcher Schaltungen bekannt, wobei ein einfaches Beispiel dafür eine Span nungsteilerschaltung ist, die einen mit dem Sensor in Reihe geschalteten realen Kondensator verwendet. Die Impedanz des Sensors zu Masse hat normalerweise nur dann ohmsche Komponenten, wenn der Sitz nass ist und Strom durch die Sitzabdeckung oder den Schaumstoff des Sitzes fließt. Diese Identifizierung des nassen Sitzes kann zur Modifizierung des Schwellenwertes herangezogen werden, auf dem die Aktivierungsentscheidung basiert, oder zur Modifizierung der Messungen relativ zu einem festen Schwellenwert.
Wenn jedoch die Sitzabdeckung und der Schaumstoff des Sitzes sehr nass sind, kann die kapazitive Kopplung zu Masse bei Frequenzen, die deutlich über 400 kHz liegen, dramatisch verstärkt werden. Der Einfluss des Wassers kann identifiziert werden, wenn berücksichtigt wird, dass die verstärkte Kopplung zu Masse nicht rein kapazitiver (oder reaktiver) Art ist, sondern auch ohmsche Komponenten enthält. Deshalb misst die Erfassungsschaltung 38 die Gesamtkopplung zu Masse und als zweites Maß eine oder mehrere ohmsche Komponenten des Weges zu Masse.
Das zweite Maß wird zur Korrelation mit dem Einfluss, den das Wasser im Sitz auf den gesamten Kopplungsweg zu Masse hat, gewählt. Wenn beide Maße genommen werden, können die Messung der Gesamtkopplung zu Masse und das Maß, das den Einfluss von Wasser auf dem Sitz angibt, zu einer Funktion zur Identifizierung der Änderung der Kopplung zu Masse bedingt durch den Insassen auf dem Sitz kombiniert werden. Diese durch den Insassen hervorgerufene Kopplung zu Masse und nicht der Einfluss des Wassers auf dem Sitz wird prinzipiell für die Entscheidung, den Luftsack einzusetzen, herangezogen.
Der elektrische Feldsensor 12 kann so ausgeführt sein, dass er den Einfluss, den Flüssigkeiten in der Nähe einer ersten Elektrode 26 auf deren Kapazität bezüglich der Schaltungsmasse 36 oder bezüglich einer anderen ersten Elektrode 26 haben, verringert. So können z. B. auf dem Sitz verschüttete und vom Schaumstoffkissen 22 absorbierte Flüssigkeiten die Kapazität der ersten Elektrode 26 bezüglich der Schaltungsmasse 36 erhöhen. Wie aus 7 ersichtlich ist, kann der elektrische Feldsensor 12 so ausgeführt sein, dass er den Effekt des Nasswerdens des Schaumstoffkissens 22 durch eine dritte Elektrode 700, die als fremderregte Abschirmung 700' bekannt ist, und/oder eine vierte Elektrode 702, die als Erdungsebene 702' bekannt ist, unter der mindestens einen ersten Elektrode 26, die als Erfassungselektrode 26' bekannt ist, enthält, wobei die erste 26, dritte 700 und vierte 702 Elektrode gegeneinander isoliert sind, z. B. durch mindestens ein dielektrisches Substrat. Die erste 26, dritte 700 und vierte 702 Elektrode können z. B. integriert sein, um ein einziges kapazitives Sensorkissen 704' zu bilden. Die fremderregte Abschirmung 700' ist ein zweiter Leiter unter dem Leiter der Erfassungselektrode 26', die auf demselben Potential getrieben wird wie die Erfassungselektrode 26', was zu einer Aufhebung des elektrischen Feldes zwischen der Erfassungselektrode 26' und der fremderregten Abschirmung 700' führt. Die fremderregte Abschirmung 700' beseitigt im Wesentlichen die Erfassungsfähigkeit des kapazitiven Sensorkissens 704' an der Seite der Erfassungselektrode 26', wo sich die fremderregte Abschirmung 700' befindet. Eine Erdungsebene 702' kann unter der fremderregten Abschirmung 700' angeordnet sein, so dass die die fremderregte Abschirmung 700' treibende Schaltung eine entsprechende Last treibt.
Bei dieser Ausführung weist der elektrische Feldsensor 12 demnach ferner mindestens eine dritte Elektrode 700 und mindestens eine vierte Elektrode 702 auf, wobei die mindestens eine dritte Elektrode 700 zwischen der mindestens einen ersten Elektrode 26 und der mindestens einen vierten Elektrode 702 angeordnet ist, und die mindestens eine dritte Elektrode 700 funktional mit einem zweiten angelegten Signal 706 gekoppelt ist. So hat z. B. die mindestens eine dritte Elektrode 700 im Wesentlichen die gleiche Größe wie die mindestens eine erste Elektrode 26; das zweite angelegte Signal 706 ist im Wesentlichen das gleiche wie das erste angelegte Signal 28; die mindestens eine vierte Elektrode 702 ist zwischen der mindestens ersten Elektrode 26 und dem Schaumstoffkissen 22 des Sitzes 14 angeordnet; die mindestens eine vierte Elektrode 702 hat im Wesentlichen die gleiche Größe wie die mindestens eine erste Elektrode 26; und die mindestens eine vierte Elektrode 702 ist funktional mit der Schaltungsmasse 36 oder einem dritten angelegten Signal 708 gekoppelt, wobei das dritte angelegte Signal 708 ein Potential der Schaltungsmasse 36 ist.
Die fremderregte Abschirmung 700' und/oder die Erdungsebene 702' sind z. B. fast gleich wie oder etwas größer als die Erfassungselektrode 26' und sind bereitgestellt, um eher die Einflüsse von Flüssigkeit im Schaumstoffkissen 22 unter der fremderregten Abschirmung 700' und/oder der Erdungsebene 702' auf die Kapazität der Erfassungselektrode 26' zu minimieren als die Reichweite und die Empfindlichkeit des elektrischen Feldsensors zu vergrößern. Die fremderregte Abschirmung 700' und die Erfassungselektrode 26' decken im Wesentlichen den gesamten zu erfassenden Bereich auf dem Sitz 14 ab. Alternativ kann eine Mehrzahl erster Elektroden 26 dünn über den Sitz 14 verteilt werden, wodurch sie einen kleineren zu erfassenden Bereich als den gesamten Bereich auf dem Sitz 14 abdecken. Jede erste Elektrode 26 kann mit verschiedenen Größen und Formen verwirklicht werden, und die Anordnung der Mehrzahl der ersten Elektroden 26 kann in verschiedenen Mustern erfolgen.
Bei einer Ausführungsform weist die mindestens eine erste Elektrode 26 eine Mehrzahl erste Elektroden 26 auf, die funktional mit dem Empfänger 30 gekoppelt sind, so dass verschiedene Signale von verschiedenen ersten Elektroden 26 Informationen in Zusam menhang mit der Verteilung eines Objektes auf dem Sitz 14 liefern, z. B. die Sitzhaltung eines Insassen 44 oder die Größe eines Insassen 44.
Ein Beispiel einer Schaltung zur Ausführung solcher Messungen ist in 8 dargestellt. Die Signalquelle treibt ein sinusförmiges Signal durch einen kapazitiven Spannungsteiler. Die Widerstände spannen den Spannungsfolgeeingang vor und haben einen relativ hohen Widerstandswert im Vergleich zur Impedanz zu Masse durch die Sensorelektrode bei der gewählten Treiberfrequenz. Demzufolge hängt die Amplitude des Signals am Spannungsfolgeeingang von der Gesamtimpedanz vom Sensor zu Masse ab. Bei trockenen Sitzbedingungen ist diese Impedanz nahezu vollständig kapazitiv und deshalb liegt eine im Wesentlichen konstante oder bekannte Phasendifferenz oder Beziehung zwischen dem Eingang und dem Ausgang vor. Wenn der Sitz nass wird, wird die Kopplung vom Sensor zur Masse verstärkt (z. B. fällt die Impedanz zu Masse ab), wodurch die Ausgangsamplitude verringert wird. Die Kopplung vom Sensor zu Masse ändert sich außerdem von einer im Wesentlichen kapazitiven (reaktiven) zu einer komplexen Impedanz mit reaktiven und ohmschen Komponenten. Die ohmsche Komponente, die im Schema als R_SHUNT dargestellt ist, bewirkt, dass sich die Phasendifferenz zwischen Eingang und Ausgang aus ihrem Pegel für trockenen Sitz verschiebt. Diese Verschiebung der Phasendifferenz kann dann zur Identifizierung des Einflusses von Wasser im Sitz auf die Amplitudenmessung herangezogen werden.
9 zeigt die Ergebnisse eines elektrischen Feldsensors 12, die denen von 5 ähnlich sind, der im Sitz eines Fahrzeugs installiert ist, für verschiedene Sitzbelegungsszenarien unter folgenden Bedingungen:

1) trockener Sitz;
2) nasses Handtuch auf dem Sitz;
3) Sitzabdeckung mit Wasser getränkt;
4) Sitzabdeckung mit Wasser getränkt und Sitzschaumstoff mäßig nass; und
5) sowohl Sitzabdeckung als auch Sitzschaumstoff mit Wasser getränkt.

Unter Verwendung dieser Ergebnisse ist es möglich, einen Schwellenwert zu definieren, der Datenpunkte, die charakteristisch für eine Person auf dem Sitz sind, von den Datenpunkten unterscheidet, die charakteristisch für einen leeren Sitz sind, oder für einen nach hinten weisenden Kleinkindersitz (RFIS) auf dem Sitz. Anders ausgedrückt, wenn die Amplitude und die Phase bekannt sind, kann die Person von einem leeren Sitz und dem RFIS bei den getesteten Sitzbedingungen unterschieden werden. Wie aus 9 ersichtlich ist, variieren sowohl die Amplitude als auch die Phase miteinander, d. h. sie sind korreliert, sowohl bei den trockenen als auch bei den nassen Sitzsituationen. Dies war ein Merkmal der Mess schaltung von 8, die zum Erfassen der Daten von 9 verwendet wird. Die Differenzierung zwischen den zwei Datenpunktmengen hängt von der Frequenz des angelegten Signals ab, die 2 MHz für die Ergebnisse von 9 betrug.
Der Temperaturbereich, der in einer Kraftfahrzeugumgebung möglich ist, kann die Erfassungsschaltung 38 eventuell nachteilig beeinflussen, wodurch eine Drift der "wahrgenommenen" Sensoranzeige verursacht wird. Eine einfache Möglichkeit, dieser Drift entgegenzuwirken, ist die Verwendung eines Referenzkondensators, der anstelle der Erfassungselektrode in die Messschaltung geschaltet werden kann. Da der Referenzkondensator so gewählt werden kann, dass sein Wert über der Temperatur relativ stabil bleibt, kann die Drift identifiziert und diese Information dazu verwendet werden, den Entscheidungsschwellenwert zu ändern. Ein alternatives Prinzip ist, stets die Differenz zwischen einem Referenzkondensator und der Sensorkapazität zu messen. Ein zweiter "Kalibrier"-Kondensator kann dann anstelle des Sensors eingeschaltet werden, um die Verstärkung des Messsystems zu identifizieren. Die Verwendung eines Referenzkondensators und eines Kalibrierkondensators ermöglicht dem System die kontinuierliche Kompensation von Schwankungen in der Messschaltung. Statt zu versuchen, die Temperatur zu messen und dann eine Korrektur vorzunehmen, werden der Referenz- und Kalibrierkondensator verwendet, um den aktuellen Strom-Offset und die Verstärkung der Messschaltung zu messen, so dass die Messungen stets konsistent sind. Umschalten zwischen dem Referenzkondensator, dem Kalibrierkondensator oder einem Sensor kann mittels einer Kombination aus FETs oder eines analogen Demultiplexers wie einem CD4051 von Texas Instruments erfolgen.
Die Kapazität des kapazitiven Sensorkissens 64 relativ zur Schaltungsmasse 36 ist verhältnismäßig gering, z. B. weniger als ca. 300 pF. Der Temperaturbereich, der in einer Kraftfahrzeugumgebung möglich ist, kann die Komponenten der Erfassungsschaltung 38 erheblich nachteilig beeinflussen, wodurch eine Drift verursacht wird, die fälschlicherweise als eine Messung interpretiert werden kann, aufgrund derer der Rückhalteaktor 40 fälschlicherweise durch die Steuerung 48 aktiviert wird. Die Einflüsse dieser Drift können durch Installieren eines temperaturstabilen Referenzkondensators in die Erfassungsschaltung 38 gemildert werden, der anstelle der mindestens einen ersten Elektrode 26 eingeschaltet wird, um ein Mittel zur Ausführung vergleichender Kapazitätsmessungen bereitzustellen. Da der Referenzkondensator so gewählt werden kann, dass sein Wert über die Temperatur sehr stabil ist, kann die Drift identifiziert und quantifiziert und diese Information dazu verwendet werden, den Entscheidungsschwellenwert zu ändern, z. B. als Reaktion auf eine Drift in Schaltungselementen der Erfassungsschaltung 38 bezüglich Temperatur oder Zeit.
Nunmehr sei auf 10a verwiesen, die eine beispielhafte Erfassungsschaltung 38 zeigt, in der ein Oszillator 1002 ein oszillierendes Signal, z. B. ein sinusförmiges Signal, erzeugt, das von einem ersten Bandpassfilter 1004 gefiltert wird, um ein erstes oszillierendes Signal 1006 zu erzeugen. Das erste oszillierende Signal 1006 wird an einen kapazitiven Spannungsteiler 1008 gelegt, der einen Kondensator C1, Widerstände R1 und R2 und ein oder mehrere zu messende kapazitive Elemente aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus dem kapazitiven Sensorkissen 64, das mindestens eine erste Elektrode 26 aufweist, einem ersten Referenzkondensator CR1 und einem zweiten Referenzkondensator CR2 gewählt wird, wobei die zu messenden kapazitiven Elemente auf die Zustände entsprechender FET-Schalter Q1a, Q1b, Q2a, Q2b, Q3a und Q3b ansprechen oder nicht ansprechen. Der Kondensator C1, die Widerstände R1 und R2 und die FET-Schalter Q1a, Q2a und Q3a – die wenn sie aktiv sind, die entsprechenden zu messenden kapazitiven Elementen einschalten – sind an einem ersten Knoten 1010 sämtlich miteinander verbunden, der mit dem Eingang 1012 eines Spannungsfolgers U1 verbunden ist. Der Ausgang 1014 des Spannungsfolgers U1 ist funktional mit den FET-Schaltern Q1b, Q2b und Q3b verbunden, die wenn sie aktiv sind, die entsprechenden kapazitiven Elemente ausschalten, damit sie nicht gemessen werden. Die Aktivierung der FET-Schalterelemente der FET-Schalterpaare Q1a und Q1b, Q2a und Q2b und Q3a und Q3b schließt sich jeweils gegenseitig aus. Wenn beispielsweise der FET-Schalter Q1a aktiviert oder geschlossen ist, ist der FET-Schalter Q1b deaktiviert oder offen. Ein gemessenes kapazitives Element addiert sich zur Kapazität am ersten Knoten, wodurch die Stärke des Signals am Eingang 1012 zum Spannungsfolger U1 beeinflusst wird. Ein nicht gemessenes kapazitives Element wird durch sein jeweiliges erstes FET-Schalterelement vom ersten Knoten getrennt und mit dem Ausgang 1014 des Spannungsfolger U1 durch sein jeweiliges zweites FET-Schalterelement verbunden, wodurch gemäß der Charakterisitk des zugehörigen Operationsverstärkers des Spannungsfolgers U1 der Ausgang 1014 des Spannungsfolgers U1 dem Signal des ersten Knoten folgt, ohne dass das jeweilige kapazitive Element verbunden ist, und der Spannungsfolger U1 einen Strom durch das zugehörige kapazitive Element über das zweite jeweilige FET-Schalterelement bereitstellt. Wenn ferner das jeweilige zweite FET-Schalterelement aktiviert ist, sind Source und Drain des jeweiligen ersten FET-Schalterelements getrennt mit den jeweiligen Eingängen der Operationsverstärker gekoppelt, so dass an jedem das gleiche Potential anliegt, wodurch der Einfluss der Kapazität des jeweiligen ersten FET-Schalters auf die Kapazitätsmessung beseitigt wird.
Der Ausgang 1014 des Spannungsfolgers U1 wird dann mit einem zweiten Bandpassfilter 1016 mit gleichem Bandpass wie das erste Bandpassfilter 1004 gekoppelt, dessen Ausgang von einem Detektor 1018 detektiert, der eine Diode D1, einen Widerstand R3 und einen Kondensator C2 aufweist, und von einem ersten Tiefpassfilter 1020 gefiltert wird. Der Ausgang 1022 des ersten Tiefpassfilters 1020 hat eine Gleichstromkomponente, die der Kapazität am ersten Knoten 1010 entspricht. Diese Gleichstromkomponente wird wahlweise durch einen optionalen Sperrkondensator C3 gefiltert, und das resultierende Signal wird durch ein zweites Tiefpassfilter 1024 gefiltert, um ein Amplitudensignal 1026 bereitzustellen, das für die Amplitude des oszillierenden Signals am ersten Knoten 1010 repräsentativ ist, die mit der Gesamtkapazität an dieser Stelle in Beziehung steht. Der Sperrkondensator C3 ist so ausgeführt, dass er eine Übergangsmessung des Amplitudensignals 1026 bereitstellt.
Das erste oszillierende Signal 1006 ist außerdem funktional mit einem ersten Komparator U3 gekoppelt, der ein erstes Rechteckwellensignal 1028 mit einer Impulsdauer von z. B. etwa 50% erzeugt. Der Ausgang 1014 des Spannungsfolgers U1 ist ebenfalls funktional mit einem zweiten Komparator U4 gekoppelt, der ein zweites Rechteckwellensignal 1030 mit einer Impulsdauer von z. B. etwa 50% erzeugt. Das erste 1020 und zweite 1030 Rechteckwellensignal sind funktional mit einem logischen exklusiven OR-Gatter gekoppelt, das für das erste 1028 und das zweite 1030 Rechteckwellensignal mit jeweils einer Impulsdauer von 50% ein drittes Rechteckwellensignal 1032 mit einer Impulsdauer erzeugt, die sich mit der Phasendifferenz zwischen dem ersten oszillierenden Signal 1006 und dem Ausgang 1014 des Spannungsfolgers U1 ändert, wobei die Impulsdauer zwischen 0 und 100% variiert, wenn sich die Phasendifferenz zwischen 0 und 180° ändert. Das dritte Rechteckwellensignal 1032 wird von einem dritten Tiefpassfilter 1034 gefiltert, dessen Ausgang von einem Spannungsfolger U6 gepuffert wird. Ein Sperrkondensator C7 lässt die Wechselstromkomponente des Ausgangs vom Spannungsfolger U6 durch, die von einem vierten Tiefpassfilter 1036 gefiltert wird, um ein Phasensignal 1038 bereitzustellen, das für die Phasenverschiebung des ersten oszillierenden Signals 1006 repräsentativ ist, die durch die mit dem ersten Knoten 1010 funktional gekoppelten Elemente verursacht wird.
Im Betrieb steuert ein Mikroprozessor U2 die Aktivierung der FET-Schalter Q1a, Q1b, Q2a, Q2b, Q3a und Q3b z. B. gemäß der in 10b dargestellten Steuerlogik. Wenn der erste Referenzkondensator CR1 vom Mikroprozessor U2 eingeschaltet ist, d. h. Q2a aktiviert und Q2b deaktiviert sind, misst die Steuerung eine erste Amplitude und eine erste Phase. Wenn dann der zweite Referenzkondensator CR2 ebenfalls vom Mikroprozessor U2 eingeschaltet ist, misst die Steuerung eine zweite Amplitude und eine zweite Phase entsprechend einem inkrementellen Anstieg der Kapazität am ersten Knoten um die Kapazität des Kondensators CR2. Mit diesen Informationen kann die Steuerung einen Empfindlichkeitsfaktor in Volt/Picofarad aus den Amplitudenmessungen bei bekannten Kapazitätswerten der Kondensatoren CR1 und CR2 und einen zugehörigen Empfindlichkeitsfaktor für die Phase aus den Phasenmessungen berechnen. Dann schaltet der Mikroprozessor U2 den ersten CR1 und zweiten CR2 Referenzkondensator aus, schaltet das kapazitive Sensorkissen 64 ein, misst eine dritte Amplitude und eine dritte Phase und berechnet die Kapazität und die zugehörige Phase des kapazitiven Sensorkissens 64 unter Verwendung der berechneten Empfindlichkeitsfaktoren. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, vergleicht die Steuerung 48 diese Kapazität und die zugehörige Phase mit einem Schwellenwert, um so einen normal sitzenden Insassen von anderen Sitzbelegungsbedingungen zu unterscheiden. Wenn ein normal sitzender Insasse 44 anwesend ist, wird der Rückhalteaktor 40 als Reaktion auf die Detektion eines Aufpralls durch den Aufprallsensor 46 aktiviert. Obwohl 10a den Mikroprozessor U2 und die Steuerung 48 als getrennte Elemente darstellt, die miteinander kommunizieren, sind alternative Anordnungen möglich. So können beispielsweise beide in einer Steuerung kombiniert sein, oder der Mikroprozessor kann so ausgeführt sein, dass er die Amplituden- und Phasenmessungen erfasst, die Kapazität des kapazitiven Sensorkissens berechnet und die zugehörige Phasenmessung angleicht und dann den Kapazitätswert und die zugehörige Phasenmessung an die Steuerung 48 ausgibt.
Das kapazitive Sensorkissen 64, das die mindestens eine im Sitz 14 installierte erste Elektrode 26 aufweist, ist als erste Kapazität CS1 parallel mit einer Reihenkombination aus einer zweiten Kapazität CS2 und einem Widerstand RS modelliert, wobei der Widerstand RS in umgekehrtem Verhältnis zur Nässe des Sitzes steht. Die Kapazität des elektrischen Feldsensors 12 wird bei einem trockenen Sitz von CS1 bestimmt, wird aber durch CS2 und RS beeinflusst, wenn die Nässe des Sitzes zunimmt. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren C1, CR1 und CR2 sind so gewählt, dass der dynamische Bereich der Kapazitätsmessung über den Bereich der erwarteten Kapazitätswerte des elektrischen Feldsensors 12 maximiert wird.
Die Kapazität des elektrischen Feldsensors 12 kann auch durch andere Mittel zur Kapazitätsmessung gemessen werden, wie sie z. B. in The Standard Handbook for Electrical Engineers, 12. Auflage, Herausg. D. G. Fink und H. W. Beaty, McGraw Hill, 1987, SS. 3-57 bis 3-65 oder in Reference Data for Engineers: Radio, Electronics, Computer, and Communications, 7. Auflage, E. C. Jordon, Chefredakteur, Howard W. Sams, 1985, SS. 12-3 bis 12-12, beschrieben sind, die beide hiermit einbezogen werden.
Die 11a bis c zeigen einen beispielhaften Algorithmus 1100 zum Unterscheiden der Situationen Kindersitz bzw. leerer Sitz von der Situation Erwachsener auf einem Sitz. Mittels der in 10 dargestellten Erfassungsschaltung 38 wird in Schritt (1102) der erste Referenzkondensator CR1 auf den ersten Referenzknoten 1010 geschaltet, und die zugehörige erste Amplitude und Phase (A1, ϕ1) werden in Schritt (1104) von den entsprechenden Signalen Amplitude 1026 und Phase 1038 gemessen. Dann wird in Schritt (1106) der zweite Referenzkondensator CR2 in den ersten Referenzknoten geschaltet, und die zugehörige zweite Ampli tude und Phase (A2, ϕ2) werden in Schritt (1108) von den entsprechenden Signalen Amplitude 1026 und Phase 1038 gemessen. Dann werden in Schritt (1110) der erste CR1 und zweite CR2 Referenzkondensator vom ersten Referenzknoten 1010 abgeschaltet, der elektrische Feldsensor 12 wird in den ersten Referenzknoten 1010 geschaltet, und die zugehörige Sensoramplitude und -phase (As, ϕs) werden in Schritt (1112) von den entsprechenden Signalen Amplitude 1026 und Phase 1038 gemessen. In Schritt (1114) werden die Messungen der Sensorphase und -amplitude (As, ϕs) hinsichtlich Drift und anderen Schwankungen in der Erfassungsschaltung 38 angeglichen, um angeglichene Messungen der Sensorphase und -amplitude (Ax, ϕx) bereitzustellen. So wird z. B. die Amplitude gemäß dem Amplitudenempfindlichkeitsfaktor skaliert, so dass die Differenz zwischen der ersten und zweiten Amplitude auf einen zugehörigen vorgegebenen Wert eingestellt wird, z. B. auf die Kapazität des zweiten Referenzkondensators CR2. Die Phase wird auf ähnliche Weise gemäß dem Phasenempfindlichkeitsfaktor skaliert, so dass die Differenz zwischen der ersten und zweiten Phase auf einen zugehörigen vorgegebenen Wert eingestellt wird.
In Schritt (1116) werden die angeglichenen Amplituden- und Phasenmessungen um einen Winkel θd entsprechend der Phasenänderung mit der Amplitude für trockene Sitzbedingungen gedreht, was nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Diese Drehung beseitigt im Wesentlichen die Phasenänderung bei Messungen mit trockenem Sitz. Die entsprechende gedrehte angeglichene Phase wird hierin als gedrehte Phase bezeichnet.
In Schritt (1118) werden die gedrehten angeglichenen Phasenmessungen durch eine Kompensationsfunktion, die nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kompensiert, die von der gedrehten Phase abhängt und die die Nässe des Sitzes 14 kompensiert. Der Wert der Kompensationsfunktion wird von der gedrehten angeglichenen Phase subtrahiert, um eine kompensierte Amplitude bereitzustellen, die in Schritt (1120) mit einem Schwellenwert verglichen wird, z. B. nach dem Filtern der kompensierten Amplitude über mehrere Abtastwerte. Wenn die kompensierte Amplitude größer ist als der Schwellenwert, wird angenommen, dass ein Insasse hinreichender Größe auf dem Sitz 14 sitzt, und der Rückhalteaktor 40 wird in Schritt (1122) aktiviert. Wenn die kompensierte Amplitude kleiner ist als der Schwellenwert, wird angenommen, dass der Sitz 14 entweder leer ist oder z. B. einen nach hinten weisenden Kleinkindersitz 202 enthält, und der Rückhalteaktor 40 wird in Schritt (1124) deaktiviert.
Nunmehr sei auf die 11b und 12a verwiesen, die einen Prozess 1130 zur Vorbestimmung des Winkels θd zeigen. In Schritt (1132) werden die Signale Amplitude 1026 und Phase 1038 für eine Mehrzahl verschiedener trockener Sitzbedingungen gemessen, z. B. mit verschiedenen Sitzbelegungsszenarien einschl. eines leeren Sitzes, und in Schritt (1134) werden diese Messungen hinsichtlich Drift angeglichen, z. B. nacheinander gemäß den Schritten (1102) bis (1114) einschl. in 11a. Wie aus 12a ersichtlich ist, werden die angeglichenen Messungen im Phasen-Amplitudenraum aufgetragen, und in Schritt (1136) wird der Winkel 8d als der Winkel berechnet, der erforderlich ist, um die Linie mit der besten Angleichung so zu drehen, dass die Phasenänderung in der zugehörigen gedrehten Phase der Messungen bei trockenem Sitz beseitigt wird.
Nunmehr sei auf die 11c und 12b verwiesen, die einen Prozess 1140 zur Vorbestimmung der in Schritt (1118) von 11a verwendeten Kompensationsfunktion zeigen. Die Amplitude und Phase für eine Mehrzahl verschiedener Sitzbedingungen werden in Schritt (1142) gemessen. Diese Sitzbedingungen sind so gewählt, dass sie den erwarteten Operationsbereich des Insassensensors 10 abdecken, einschließlich beispielsweise unterschiedlicher Grade der Sitznässe, Größe des Insassen, Typ des Insassen, Kinder-/Kleinkindersitz und leerer Sitz. In Schritt (1144) werden diese Messungen hinsichtlich der Drift angeglichen, z. B. nacheinander gemäß den Schritten (1102) bis (1114) einschl. in 11a. Dann werden in Schritt (1146) die angeglichenen Messungen gemäß Schritt (1116) von 11a gedreht. Dann wird in Schritt (1148) die Kompensationsfunktion als die Amplitudenkompensation berechnet, die erforderlich ist, um diejenigen Sitzbedingungen, bei denen der Rückhalteaktor 40 aktiviert werden sollte, von denen zu unterscheiden, bei denen der Rückhalteaktor 40 deaktiviert werden sollte, wie in den 12c und 12d dargestellt.
Die Kompensationsfunktion wird abgeleitet, indem der Fehler empirisch identifiziert wird, der durch den nassen Sitz für verschiedene Personen- und Kindersitzfälle induziert wird. Die berechnete Kompensation mag nicht immer perfekt sein, kann aber genau genug sein, um in den meisten Situationen die korrekte Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsentscheidung zu treffen. Die Ergebnisse bei Anwendung der Kompensationsfunktion auf verschiedene Messungen für verschiedene Nässebedingungen sind in den 13a bis b dargestellt, die jeweils nicht kompensierte und kompensierte Messungen für verschiedene Sitzbedingungen zeigen, wobei die Nässe in den zugehörigen Graphen von links nach rechts zunimmt und die Bedingung mit Mindestnässe die trockene Bedingung ist und jede folgende Zunahme der Nässe dem Effekt entspricht, dass dem Sitz eine Wassermenge hinzugefügt wird.
Die Masseebene 500 im elektrischen Feldsensor 12 von 5 kann die Empfindlichkeit des elektrischen Feldsensors 12 auf lokal begrenzte Wasserpakete in der Nähe des Spalts zwischen Elektrode und Masseebene des elektrischen Feldsensors 12 erhöhen, ungeachtet ihres Nutzens für die Verringerung der Empfindlichkeit des elektrischen Feldsensors 12 auf Objekte, die in seiner Nähe platziert sind. Diese erhöhte lokale Empfindlichkeit kann bewirken, dass das Kompensationsverfahren bei einer gewissen Wasserverteilung auf dem oder im Sitz ungenau ist, und demzufolge war die Masseebene 500 nicht im elektrischen Feldsensor 12 enthalten, mit dem die Ergebnisse der 12b bis d erzielt wurden.
In den 11a bis c, 12a bis d und 13a bis b ist die Kompensation der Nässe für einen Prozess dargestellt worden, bei dem die Messungen angeglichen werden, um die Nässe des Sitzes zu kompensieren; alternativ dazu kann jedoch der Schwellenwert anstelle der Messungen kompensiert werden.
Die Übereinstimmung der Ergebnisse wird verbessert, wenn der Sitzrahmen ständig geerdet ist, z. B. durch direktes Verbinden des Sitzrahmens mit der Schaltungsmasse, was bei einem Fahrzeug der Fall sein würde, bei dem der Sitz an der Bodenwanne verschraubt ist, die typischerweise Bestandteil der Fahrgestellmasse des Fahrzeugs ist. Die Erdungspunkte des Sitzes sind vorzugsweise möglichst weit von der Sensorelektrode entfernt, so dass der Widerstand zu Masse von der Sensorelektrode relativ hoch ist. Wenn der Erdungspunkt relativ nah am Sensor liegt, kann eine verhältnismäßig kleine Wassermenge zwischen Sensor und Masse einen relativ großen Einfluss auf die Kapazitätsmessung haben. Da die Kompensation für Wasser auf dem Sitz nicht perfekt ist, werden mit kleineren erforderlichen Korrekturen bessere Ergebnisse erzielt.
Zusätzliche Informationen können gewonnen werden, indem die Amplitude und Phase bei mehreren verschiedenen Frequenzen gemessen werden, z. B. indem die Frequenz des Oszillators von einer Messung zur nächsten variiert wird. Die Änderung der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz kann dazu herangezogen werden, um Informationen zu gewinnen, wie die Einflüsse von Wasser auf dem Sitz am besten zu kompensieren sind. Wenn der Sitz trocken ist, ist die berechnete Impedanz zu Masse vom Sensor bezüglich der Frequenz relativ unveränderlich. Wenn jedoch genug Wasser zur Beeinflussung der Impedanz vorhanden ist, hat die gemessene Impedanz zu Masse die Tendenz, bei niedrigeren Frequenzen abzunehmen. Deshalb können die Neigung der Kurve Amplitude über der Frequenz – oder ein anderer Parameter, der von der Amplituden-/Frequenzkurve abgeleitet wird – und die Amplitude bei der höchsten gemessenen Frequenz anstelle der Phase und Amplitude im oben beschriebenen beispielhaften Algorithmus verwendet werden, um den Einfluss der Flüssigkeit auf dem nassen Sitz zu kompensieren. Die Phasenverschiebung als Funktion der Frequenz kann auch zur Kompensation des Einflusses der Flüssigkeit auf die Impedanz vom Sensor zu Masse verwendet werden.
Die 14a und 14b zeigen mehrere weitere Ausführungsformen für verschiedene Aspekte der Erfassungsschaltung 38, wobei 14a einen Amplitudenerfassungsabschnitt der Erfassungsschaltung 38 und 14b einen Phasenerfassungsabschnitt der Erfassungsschaltung 38 darstellt.
So können z. B. die zu erfassenden Elemente am ersten Knoten 1010 über einen analogen Demultiplexer 1402 wie ein CD4051 von Texas Instruments gekoppelt werden, wobei unter der Steuerung des Mikroprozessors U2 die zu erfassenden Elemente nacheinander einzeln vom analogen Demultiplexer 1402 mit dem ersten Knoten 1010 gekoppelt werden. So sind z. B. der erste CR1a und zweite CR2a Referenzkondensator und ein kapazitiver Sensor jeweils funktional mit bestimmten analogen Eingängen des analogen Demultiplexers 1402 verbunden und – sich gegenseitig ausschließend – durch den analogen Demultiplexer 1402 funktional mit dem ersten Knoten 1010 verbunden. Demzufolge unterscheidet sich bei dieser Anordnung der Kalibrierungsprozess von dem in den 10a bis b dargestellten, bei dem zwei Referenzkondensatoren gleichzeitig mit dem ersten Knoten 1010 funktional verbunden werden können. Wenn mehrere analoge Kanäle erforderlich sind, kann eine Mehrzahl analoger Demultiplexer 1402 verwendet werden, wobei in diesem Fall eine eigene Gruppe Referenzkondensatoren, z. B. CR1b und CR2b, für jeden einzelnen analogen Demultiplexer 1402 verwendet werden kann, um Schwankungen innerhalb der verschiedenen analogen Demultiplexer 1402 zu kompensieren.
Als weiteres Beispiel für eine alternative Ausführungsfarm kann eine Induktionsspule L1 zwischen dem Erfassungsknoten 1010 und den zu erfassenden Elementen angeordnet werden, um die Einflüsse elektromagnetischer Interferenz zu verringern.
Als weiteres Beispiel für eine alternative Ausführungsform kann ein D/A-Wandler 1404 unter der Steuerung des Mikroprozessors U2 verwendet werden, um Offsets im zugehörigen Amplitudensignal zu beseitigen, wobei der Ausgang des D/A-Wandlers 1404 funktional mit einem invertierenden Verstärker 1406 verbunden ist und vom gefilterten detektierten Amplitudensignal 1408 subtrahiert wird. In ähnlicher Weise kann ein D/A-Wandler 1410 unter der Steuerung des Mikroprozessors U2 verwendet werden, um Offsets im zugehörigen Phasensignal zu beseitigen, wobei der Ausgang des D/A-Wandler 1410 funktional mit einem invertierenden Verstärker 1412 verbunden ist und vom gefilterten detektierten Phasensignal 1414 subtrahiert wird. Durch Beseitigen der jeweiligen Offsets im Amplituden- und Phasensignal können die Verstärkungsfaktoren der zugehörigen Schaltungen erhöht werden, um den dynamischen Bereich der jeweiligen Signale zu vergrößern.
Als weiteres Beispiel für eine alternative Ausführungsform kann ein logisches OR-Gatter 1416 anstelle eines exklusiven OR-Gatters verwendet werden, um das dritte Rechteckwellensignal 1418 zu bilden, das das detektierte Phasensignal repräsentiert. Das logische OR-Gatter 1416 stellt eine inhärente Gleichstrom-Vorspannung für das Ausgangssignal bereit, wodurch für Rechteckwelleneingangssignale mit 50% Impulsdauer der Ausgang des logischen OR-Gatters 1416 von 50% bis zum Vollbereich variiert, wenn die Phasendifferenz von 0 bis 180° variiert.
Als weiteres Beispiel für eine alternative Ausführungsform kann eine Superdioden-Detektionsschaltung 1420 zum Detektieren der Signalamplitude verwendet werden.
Ein anderes Verfahren zur Durchführung einer Kapazitätsmessung und einer ähnlichen Korrektur bei nassem Sitz besteht darin, einen Spitzendetektor und Integrierer zur Identifizierung der Kennlinie eines isolierten Rechteckimpulses zu verwenden, was durch die Schaltung in 15 dargestellt ist. Der Impulsgenerator schickt einen Rechteckwellenimpuls durch ein Tiefpassfilter, das den Anstieg des Impulses verlangsamt, um oszillierendes Einschwingen zu dämpfen, das sonst durch die Induktivität des Sensors entstehen würde. Wenn ein Impuls in die Brückenschaltung geschickt wird, die einen Kondensator C10 und die mindestens eine erste Elektrode 26 aufweist, hängen Amplitude und Form des Impulses am Erfassungsknoten von der Impedanz des Sensors zu Masse ab. Ein Widerstand R17 hat eine relativ geringe Impedanz (im Vergleich entweder zum Kondensator C10 oder zum Sensor) und verringert das oszillierende Einschwingen nach der ansteigenden Flanke. Wenn die Impulslänge kurz und der Sensor ein idealer Kondensator zu Masse ist, wird der Ausgang im Wesentlichen die gleiche Form wie der Eingangsimpuls, aber eine niedrigere Amplitude haben. Wenn der Sensor eine komplexe Impedanz hat, wird die Form des Ausgangsimpulses in Abhängigkeit von den Komponenten der Impedanz variieren. Die Konduktanz vom Sensor zu Masse als Ergebnis von R_SHUNT verursacht eine verringerte Amplitude und einen Abfall der Spannung zu Masse. Dieser Abfall kann zur Identifizierung des Einflusses von Wasser auf dem Sitz herangezogen werden.
Kennlinien des Ausgangsimpulses wie Spitze und Integral können zur Identifizierung der Konduktanz zu Masse vom Sensor verwendet werden, wie dies durch die Schaltung von 16 dargestellt ist. Der Eingangsimpuls ist ein Rechteckimpuls auf TTL-Pegel, der gefiltert wird, um die Anstiegszeit der ansteigenden positiven Flanke zu erhöhen. Die Einstellung der Anstiegszeit ist ein Kompromiss zwischen der Bedingung des nassen Sitzes und dem oszillierenden Einschwingen im Signal als Ergebnis der Induktivität am Sensor. Um dieses oszillierende Einschwingen zu verringern, können Widerstände in der Messschaltung vorgesehen werden. 17 zeigt das Eingangsignal in den Integrierer und den Spitzendetektor, wobei ersichtlich ist, dass sich die Impulsform ändert, wenn ein relativ niedriger Widerstand zu Masse vom Sensor vorliegt. Der zur Kompensation des nassen Sitzes verwendete Algorithmus ist im Wesentlichen der gleiche wie der oben beschriebene beispielhafte Algorithmus, wobei jedoch die Spitzenamplitude bzw. das Integral anstelle der Amplitude und Phase verwendet werden.
Ein anderes Verfahren zum Messen der Kapazität und zur Kompensation der Bedingung bei nassem Sitz bedient sich des Ladungsübertragungsverfahrens zur Durchführung von Messungen mit verschiedenen Lade-/Übertragungszeiten. Die Messungen mit längeren Lade-/Übertragungszeiten zeigen die Tendenz, stärker durch das Wasser im Sitz beeinflusst zu werden. Ein Maß für den Einfluss des Wassers auf dem Sitz kann durch mehrere Messungen mit unterschiedlichen Ladungsübertragungszeiten gewonnen werden. So kann z. B. die Neigung der Beziehung zwischen der gemessenen Kapazität und den Lade-/Übertragungszeiten verwendet werden, um zu bewerten, welchen Einfluss das Wasser auf die Kapazitätsmessung hat, wobei die Messung, die der korrekten Messung am nächsten kommt, die Messung mit den kürzesten Lade-/Übertragungszeiten wäre. Der zugehörige Korrekturalgorithmus wäre dem oben beschriebenen beispielhaften Algorithmus ähnlich, aber anstelle der Amplitude und Phase wird die Messung mit der kürzesten Lade-/Übertragungszeit und die Neigung (oder eine andere Kennlinie der verschiedenen Messungen) der Messungen mit mehreren Lade-/Übertragungszeiten verwendet.
Der elektrische Feldsensor 12 im Sitzkörper bewegt sich mit dem Sitzkörper und wird nicht wesentlich durch den zugehörigen Winkel der Sitzrückenlehne oder die Sitzposition beeinflusst, was folglich nicht die Entscheidung für den Einsatz des Luftsacks beeinflusst. Ferner beeinflussen typische Gegenstände wie Handtücher, die zur Stabilisierung unter Kindersitze gelegt werden, die Sensormessung und folglich die Entscheidung für den Einsatz des Luftsacks nicht wesentlich.
Während der elektrische Feldsensor 12 hierin so dargestellt worden ist, dass er sich im Sitzkörper befindet, um die Anwesenheit eines normal sitzenden Insassen zu detektieren, oder um einen normal sitzenden Insassen von anderen Sitzbelegungsszenarien zu unterscheiden, ist diese Anwendung nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu betrachten. Der hierin beschriebene elektrische Feldsensor 12 kann z. B, an der Rückenlehne des Sitzes verwendet werden, um zu identifizieren, ob sich ein Insasse gegen die Rückenlehne lehnt oder sich nahe der Luftsackseite befindet, oder um die Größe eines Insassen im Vergleich zur Sitzrückenlehne zu messen. Ferner kann der elektrische Feldsensor 12 in Kombination mit anderen Sensoren – z. B. einem Abstandssensor, einem Sitzgewichtssensor oder einem Empfänger für ein elektrisches Feld im Armaturenbrett – in einem Insassendetektor installiert sein, wie in Patentanmeldungen, die hiermit einbezogen werden, offenbart ist, die außerdem die zugehörige Steuerlogik zur Steuerung eines zugehörigen Sicherheitsrückhaltesystems, z. B. eines Gasgeneratormoduls für den Luftsack, offenbaren. Außerdem kann der elektrische Feldsensor 12 verschiedene Elektrodenkonfigurationen und verschiedene Signaltopologien aufweisen, wie diese ebenfalls in Patentanmeldungen offenbart sind, die hiermit einbezogen werden.
Der elektrische Feldsensor 12 kann allein oder in Kombination mit anderen Sensoren verwendet werden, um die Aktivierung eines Sicherheitsrückhaltesystems zu steuern, insbesondere, um die Aktivierung eines Sicherheitsrückhaltesystems zu unterbinden, wenn die Kapazität des Sensors nicht hinreichend hoch ist, um die Anwesenheit eines normal sitzenden Erwachsenen anzuzeigen.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden sind, versteht es sich für den Durchschnittsfachmann, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Einzelheiten bei Einbeziehung der umfassenden Lehren der Offenbarung entwickelt werden könnten. Demzufolge sind die offenbarten besonderen Ausführungen nur als Veranschaulichung zu verstehen und grenzen den Gültigkeitsbereich der Erfindung nicht ein, der vollständig in den beigefügten Ansprüchen und sämtlichen Entsprechungen derselben dargelegt ist.

Claims

Eine Insassenerfassungseinrichtung, umfassend: a. einen Sensor für ein elektrisches Feld, der zumindest eine erste Elektrode umfasst, die in einem Fahrzeugsitz anbringbar ist; und b. eine Erfassungsschaltung, die zum Betrieb mit der zumindest einen ersten Elektrode gekoppelt ist, wobei die Erfassungsschaltung ein angelegtes Signal an die zumindest eine erste Elektrode anlegt, wobei das angelegte Signal ein erstes oszillierendes oder pulsierendes Signal umfasst, die Erfassungsschaltung ein erstes Ausgangssignal erzeugt, als Reaktion auf die zumindest eine ein elektrisches Feld beeinflussende Eigenschaft eines Objektes in der Nähe des Sensors für ein elektrisches Feld, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oszillierende oder pulsierende Signal zumindest eine Frequenz umfasst und dass zumindest eine der zumindest einen Frequenz auf einen Feuchtezustand des Fahrzeugsitzes durch eine Flüssigkeit reagiert.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der zumindest einen Frequenz dazu ausgelegt ist, dass eine Flüssigkeit in der Nähe der zumindest einen ersten Elektrode auf eine Änderung eines elektrischen Feldes in der Nähe der zumindest einen ersten Elektrode in einer Zeitspanne reagiert, die größer als ein Schwellenwert ist.
Eine Insassenerfassungseinrichtung entweder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine Frequenz eine Mehrzahl von Frequenzen umfasst.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungsschaltung auf eine Kapazität der zumindest einen ersten Elektrode bezüglich einer Schaltungs-Masse reagiert.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erfassungsschaltung auf einen Widerstand der zumindest einen ersten Elektrode bezüglich der Schaltungs-Masse reagiert.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Erfassungsschaltung umfasst: a. eine Quelle eines oszillierenden Signals; b. einen Spannungsteiler, umfassend: (i) zumindest einen Kondensator, wobei der zumindest eine Kondensator zum Betrieb mit der Quelle eines oszillierenden Signals gekoppelt ist; und (ii) einen Widerstand mit einem Widerstandswert, wobei der Widerstand zum Betrieb mit dem zumindest einen Kondensator an einem ersten Knoten und einer Schaltungs-Masse gekoppelt ist und die zumindest eine erste Elektrode mit dem ersten Knoten zum Betrieb gekoppelt ist; c. einen Phasendetektor, der zum Betrieb mit dem ersten Knoten zum Detektieren einer Phasedifferenz, die eine Differenz zwischen einer Phase des oszillierenden Signals und einer Phase eines Signals an dem ersten Knoten umfasst, gekoppelt ist, wobei die Phasendifferenz im Wesentlichen konstant ist, falls der Fahrzeugsitz im Wesentlichen trocken ist; und d. eine Unterscheidungseinrichtung, die zum Betrieb mit dem Phasendetektor gekoppelt ist, wobei die Unterscheidungseinrichtung einen Schwellenwert umfasst, der auf die Phasendifferenz reagiert und der Schwellenwert und/oder die Phasendifferenz derart ausgelegt sind, dass sie ein Befeuchten des Fahrzeugsitzes kompensieren.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Erfassungsschaltung umfasst: a. eine Quelle eines oszillierenden Signals; b. einen Spannungsteiler, umfassend: (i) mindestens einen Kondensator, wobei der zumindest eine Kondensator zum Betrieb mit der Quelle eines oszillierenden Signals gekoppelt ist; und (ii) einen Widerstand mit einem Widerstandswert, wobei der Widerstand zum Betrieb mit dem zumindest einen Kondensator an einem ersten Knoten und mit einer Schaltungs-Masse gekoppelt ist und die zumindest eine erste Elektrode zum Betrieb mit dem ersten Knoten gekoppelt ist; c. einen Amplitudendetektor, der zum Betrieb mit dem ersten Knoten zum Detektieren einer Amplitude des Signals an dem ersten Knoten gekoppelt ist, wobei die Amplitude des ersten Signals auf einen Feuchtezustand des Fahrzeugsitzes reagiert, wodurch die Amplitude als Reaktion auf die Flüssigkeit verringert wird; und d. eine Unterscheidungseinrichtung, die zum Betrieb mit dem Amplitudendetektor gekoppelt ist, wobei die Unterscheidungseinrichtung einen Schwellenwert umfasst, der auf die Amplitude reagiert, und der Schwellenwert und/oder die Amplitude derart ausgelegt sind, dass sie ein Befeuchten des Fahrzeugssitzes kompensieren.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Erfassungsschaltung ferner umfasst: a. einen Phasendetektor, der zum Betrieb mit dem ersten Knoten zum Detektieren einer Phasendifferenz gekoppelt ist, die eine Differenz zwischen einer Phase des oszillierenden Signals und einer Phase eines Signals an dem ersten Knoten umfasst, wobei die Unterscheidungseinrichtung zum Betrieb mit dem Phasendetektor gekoppelt ist und der Schwellenwert auf die Phasendifferenz reagiert; und b. einen Prozessor, der zum Betrieb mit dem Phasendetektor und dem Amplitudendetektor gekoppelt ist, wobei der Prozessor ein erstes Maß für die erste Frequenz erzeugt, die zumindest einen Anteil umfasst, der aus einem Ausgang des Phasendetektors, einem Ausgang des Amplitudendetektors und einer Kapazität der zumindest einen ersten Elektrode bezüglich der Schaltungs-Masse ausgewählt ist.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Prozessor ein zweites Maß für die zweite Frequenz erzeugt, die Anteile umfasst, die aus einem Ausgang des Phasendetektors, einem Ausgang des Amplitudendetektors und einer Kapazität der zumindest einen ersten Elektrode bezüglich der Schal tungs-Masse ausgewählt sind, und wobei der Prozessor das erste Maß mit dem zweiten Maß vergleicht, um den Typ des Objekts auf dem Fahrzeugsitz und einen Zustand des Fahrzeugsitzes zu unterscheiden.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach Anspruch 9, wobei der Prozessor zum Betrieb mit einem Sicherheitsrückhaltesystem gekoppelt ist und wobei das Sicherheitsrückhaltesystem aktiviert wird, wenn das erste und/oder das zweite Maß einen Schwellenwert überschreiten.
Eine Insassenerfassungseinrichtung entweder nach Anspruch 9 oder 10, wobei das erste und das zweite Maß die Größen einer Kapazität der zumindest einen ersten Elektrode sind und wobei die Erfassungsschaltung den Schwellenwert, das erste Maß und/oder das zweite Maß als Reaktion auf eine detektierte Feuchte des Fahrzeugssitzes anpasst, wodurch das erste Maß größer als das zweite Maß ist, falls der Fahrzeugsitz von einer Flüssigkeit befeuchtet wird.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der Widerstandswert wesentlich höher als eine Impedanz der zumindest einen Elektrode bezüglich einer Schaltungs-Masse bei einer Frequenz des oszillierenden Signals ist.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei ein erstes Signal an dem ersten Knoten auf das oszillierende Signal, den Spannungsteiler und eine Impedanz der zumindest einen ersten Elektrode bezüglich der Schaltungs-Masse reagiert, wobei die Impedanz im Wesentlichen kapazitiv ist, falls der Fahrzeugsitz im Wesentlichen trocken ist, und wobei die Impedanz auch widerstandsbehaftet ist, falls der Fahrzeugsitz von einer Flüssigkeit befeuchtet wird.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, ferner umfassen einen Spannungsfolger mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang zum Betrieb mit dem ersten Knoten gekoppelt ist, und der Phasendetektor zum Betrieb mit dem ersten Knoten über den Spannungsfolger gekoppelt ist.
Eine Insassenerfassungseinrichtung, umfassend: a. einen Sensor für ein elektrisches Feld, der zumindest eine Elektrode umfasst, die in einem Fahrzeugsitz anbringbar ist; und b. eine Erfassungsschaltung, die zum Betrieb mit der zumindest einen ersten Elektrode gekoppelt ist, wobei die Erfassungsschaltung ein angelegtes Signal an die zumindest eine erste Elektrode anlegt, wobei das angelegte Signal ein erstes oszillierendes oder pulsierendes Signal umfasst, wobei die Erfassungsschaltung ein erstes Ausgangssignal erzeugt, als Reaktion auf zumindest eine ein elektrisches Feld beeinflussende Eigenschaft eines Objektes in der Nähe des Sensors für ein elektrisches Feld, dadurch gekennzeichnet, dass das angelegte Signal und die Erfassungsschaltung dazu ausgelegt sind, dass die Erfassungsschaltung auf einen Feuchtezustand des Fahrzeugsitzes reagiert, das erste oszillierende oder pulsierende Signal zumindest einen Impuls umfasst und der zumindest eine Impuls derart ausgelegt ist, dass eine Flüssigkeit in der Nähe der zumindest einen ersten Elektrode auf eine Änderungen eines elektrischen Feldes in der Nähe der zumindest einen ersten Elektrode in einer Zeitspanne reagiert, die größer als ein Schwellenwert ist.
Eine Insassenerfassungseinrichtung nach Anspruch 15, wobei das erste oszillierende Signal eine Mehrzahl von Impulsen umfasst.