DE60036085T2

DE60036085T2 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen des sitzbenutzergewichtes

Info

Publication number: DE60036085T2
Application number: DE60036085T
Authority: DE
Inventors: Scott M. White Lake MORELL
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: US6557424B1; WO2000050856A1; DE60036085D1; JP2002543369A; BR0008429A; KR20020001710A; EP1155292B1; EP1155292A1; CN1341206A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Gewichts eines Fahrzeuginsassen auf einem Sitz. Insbesondere wird eine vereinfachte Sensoranordnung innerhalb eines Fahrzeugsitzes angebracht, um ausschließlich vertikale Kräfte zu messen, während seitliche und axiale Kräfte aufgehoben werden, sodass eine präzise Gewichtsmessung gewährleistet wird.
Bisheriger Stand der Technik
Die meisten Fahrzeuge beinhalten Airbags für den Fahrer und den Beifahrer. Es ist wichtig, die Auslösekraft der Airbags je nach Größe des Fahrers oder Beifahrers zu steuern. Eine Möglichkeit, die Auslösekraft zu steuern besteht darin, das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu überwachen. Wenn sich eine kleinere Person, zum Beispiel ein Kind oder ein Kleinkind in einem Kindersitz, auf dem Beifahrersitz befindet, ist das Gewicht, das sich auf den Sitz auswirkt geringer als wenn ein Erwachsener sich auf dem Sitz befände.
Systeme zum Erfassen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen nach dem bisherigen Stand der Technik sind komplex und kostspielig. Sensoren werden an einer Vielzahl von Positionen am Unterteil des Sitzes angebracht und der kombinierte Ausgang der Sensoren wird verwendet, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu bestimmen. Jeder Sensor erfährt aufgrund des Gewichts des Fahrzeuginsassen eine im Wesentlichen vertikale Kraft, ist jedoch auch axialen und seitlichen Kräften ausgesetzt, die durch Beschleunigung, Abbremsen oder Abbiegen verursacht werden. Die seitlichen und axialen Kräfte, die von dem Sensor empfangen werden, bringen eine Fehlerkomponente in die Gewichtsmessung ein. Gewichtssensoren für Sitze nach dem bisherigen Stand der Technik sind technisch sehr ausgereift und verwenden eine Vielzahl von Dehnungsmessstreifen und komplizierten Biegeelementen, um eine hohe Messempfindlichkeit in vertikaler Richtung und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber seitlichen und axialen Kräften zu erzielen.
Ein Gewichtsmessungssystem korrigiert diesen Fehler, indem in jedem Sensor ein Doppelbiegebalken bereitgestellt wird. Somit besteht jeder Sensor aus zwei (2) separaten Halbbrücken-Dehnungsmessstreifen, die diametral entgegengesetzt sind, um Kräfte in axialer und seitlicher Richtung aufzuheben. Die beiden Halbbrücken-Dehnungsmessstreifen sind miteinander verbunden, um eine Wheatstonesche Vollbrücke zu bilden. Dadurch wird die Differenz der Signale, die von jedem Halbbrücken-Dehnungsmessstreifen erzeugt werden, zum Ausgang.
Eine Fehlerkraft in Richtung der Dehnungsmessstreifengitter tritt auf jedem Halbbrücken-Dehnungsmessstreifen gleichmäßig auf und die Differenz beträgt null (0). Kräfte, die in anderen Richtungen auftreten sind allgemein nicht wichtig für die Erzeugung des Signals, da diese senkrecht zum Dehnungsmessstreifengitter verlaufen. Daher liegt eine Eigenschaft des Doppelbiegebalkensensors darin, die Kräfte entlang der Achse, die parallel zum Dehnungsmessstreifengitter verläuft, aufzuheben. Die Kräfte entlang der senkrechten Achse stellen kein Problem dar, weil diese Kräfte senkrecht zum Dehnungsmessstreifengitter sind. Dadurch können Fehler an jeder Sensorposition im Sitz beseitigt oder aufgehoben werden. Der Ausgang der kombinierten Sensoren wird dann addiert, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu bestimmen. Die Verwendung eines Doppelbiegebalkens für jede Sensorposition ist sehr kostspielig.
Daher ist es wünschenswert, ein verbessertes Gewichtsmessungssystem für Fahrzeuginsassen bereitzustellen, das vereinfacht und kostengünstig ist, jedoch gleichzeitig genaue Messungen durchführt, indem Fehler aufgrund von seitlichen und axialen Kräften beseitigt werden.
Die Patentschrift US 5865463 beschreibt eine Airbagauslösungs-Steuereinheit mit einer Vielzahl von Sensoren zwischen einem starren Element unter einem Sitzpolster und einer Sitzschale.
Die Patentschrift US 5646375 beschreibt eine Wiegevorrichtung zur Verwendung in einer Rotationsmaschine, die ein Paar Wägezellen beinhaltet, welche Umkehrsymmetrie verwenden, um Fehler aufgrund von zentrifugalen Kräften aufzuheben.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer offenbarten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfasst ein System zum Messen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen ein Sitzunterteil, das einer im Allgemeinen vertikalen Gewichtskraft des Fahrzeuginsassen ausgesetzt ist, und mindestens ein Paar Sensoren. Ein erster Sensor ist innerhalb eines ersten Bereichs des Sitzunterteils und ein zweiter Sensor innerhalb eines zweiten Bereichs des Sitzunterteils angebracht. Der erste Sensor erzeugt ein erstes Gewichtssignal, das aus einer ersten Vertikalkraftkomponente und einer positiven Fehlerkomponente besteht, welche durch die Einwirkung von nicht-vertikalen Sitzkräften auf das Sitzunterteil hervorgerufen wird. Der zweite Sensor erzeugt ein zweites Gewichtssignal, das aus einer zweiten Vertikalkraftkomponente und einer negativen Fehlerkomponente besteht, welche durch die Einwirkung der nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen wird. Ein Prozessor wird verwendet, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen auf der Grundlage des ersten und des zweiten Gewichtssignals zu bestimmen. Das Gewicht des Fahrzeuginsassen wird bestimmt, indem die erste und die zweite Vertikalkraftkomponente addiert werden, und die Addition der positiven und negativen Fehlerkomponente beseitigt den durch die nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufenen Fehler.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sitzunterteil in einen ersten Quadranten, einen zweiten Quadranten, einen dritten Quadranten und einen vierten Quadranten unterteilt. Der erste Sensor ist innerhalb des ersten Quadranten angebracht, um das erste Gewichtssignal zu erzeugen, das aus der ersten Vertikalkraftkomponente und einer ersten Fehlerkomponente besteht, welche durch die Einwirkung von nicht-vertikalen Sitzkräften auf das Sitzunterteil hervorgerufen wird, und der zweite Sensor ist innerhalb des zweiten Quadranten angebracht, um das zweite Gewichtssignal zu erzeugen, das aus der zweiten Vertikalkraftkomponente und einer zweiten Fehlerkomponente besteht, welche durch die Einwirkung von nicht-vertikalen Sitzkräften hervorgerufen wird. Ein dritter Sensor ist innerhalb des dritten Quadranten angebracht, um ein drittes Gewichtssignal zu erzeugen, das aus einer dritten Vertikalkraftkomponente und einer dritten Fehlerkomponente besteht, welche durch die Einwirkung der nicht-vertikalen Kräfte hervorgerufen wird. Ein vierter Sensor ist innerhalb des vierten Quadranten angebracht, um ein viertes Gewichtssignal zu erzeugen, das aus einer vierten Vertikalkraftkomponente und einer vierten Fehlerkomponente besteht, welche durch die Einwirkung der nicht-vertikalen Kräfte hervorgerufen wird. Der erste und der dritte Sensor sind vorzugsweise innerhalb des ersten bzw. dritten Quadranten so ausgerichtet, dass die erste und die dritte Fehlerkomponente als positive Fehler generiert werden. Der zweite und der vierte Sensor sind innerhalb des zweiten bzw. vierten Quadranten so ausgerichtet, dass die zweite und die vierte Fehlerkomponente als negative Fehler generiert werden. Der Prozessor bestimmt das Gewicht des Fahrzeuginsassen auf der Grundlage des ersten, zweiten, dritten und vierten Gewichtssignals, und die Addition der positiven und negativen Fehler beseitigt den durch die nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufenen Fehler.
Ein Verfahren zur Gewichtsbestimmung eines Fahrzeuginsassen umfasst die folgenden Schritte. Eine vertikale Kraft des Fahrzeuginsassen wirkt auf das Sitzunterteil ein. Ein erstes Gewichtssignal wird erzeugt, das eine erste Vertikalkraftkomponente und eine positive Fehlerkomponente enthält, welche durch die Einwirkung einer nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil hervorgerufen wird. Ein zweites Gewichtssignal wird erzeugt, das eine zweite Vertikalkraftkomponente und eine negative Fehlerkomponente enthält, welche durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufen wird. Das erste und das zweite Gewichtssignal werden kombiniert und der durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufene Fehler wird durch die Addition der positiven und negativen Fehlerkomponenten aufgehoben. Die erste und die zweite Vertikalkraftkomponente werden addiert, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu bestimmen.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Patentschrift und die Zeichnungen, welche im Folgenden kurz beschrieben werden, am Besten verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Airbagsystem und einem Fahrzeuginsassen auf einem Sitz, wobei der Airbag sich in einem aktivierten Zustand befindet.
2A ist eine Ansicht einer Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
2B ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
2C ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
2D ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
2E ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
2F ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
2G ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
2H ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sitzunterteils, welches das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem beinhaltet.
3 ist eine schematische Ansicht eines Steuerungssystems für das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem.
Ausführliche Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
Ein Fahrzeug umfasst eine Fahrzeugsitzbaugruppe, die in 1 generell mit der Bezugsnummer 12 bezeichnet wird, und ein Airbagsystem 14. Bei der Sitzbaugruppe 12 kann es sich entweder um einen Fahrersitz oder einen Beifahrersitz handeln, der eine Rückenlehne 16 und ein Sitzunterteil 18 enthält. Wenn ein Fahrzeuginsasse 20 sich auf dem Sitz 12 befindet, wird eine vertikale Kraft F_v auf das Sitzunterteil 18 ausgeübt. Die vertikale Kraft F_v stellt das Gewicht des Fahrzeuginsassen 20 dar.
Das Airbagsystem 14 löst unter bestimmten Kollisionsbedingungen einen Airbag 24 aus. Die Auslösekraft für den Airbag 24, durch die gestrichelte Linie in 1 gekennzeichnet, variiert mit dem Gewicht des Fahrzeuginsassen 20. Das Fahrzeug beinhaltet ein einzigartiges System zur Messung des Gewichts des Fahrzeuginsassen 20.
Das System umfasst vorzugsweise zwei (2) Paar Sensoren 26, d.h. insgesamt vier (4) Sensoren 26, die innerhalb des Sitzunterteils 18 angebracht sind. Obwohl zwei Paar Sensoren, d.h. vier (4) Sensoren, bevorzugt werden, versteht es sich, dass auch ein einziges Paar oder mehr als zwei (2) Paar Sensoren verwendet werden könnten.
In der bevorzugten Ausführungsform von 2A, ist ein erster Sensor 26a innerhalb eines ersten Bereichs 28 des Sitzunterteils 18 angebracht, ein zweiter Sensor 26b ist innerhalb eines zweiten Bereichs 30 des Sitzunterteils 18 angebracht, ein dritter Sensor 26c ist innerhalb eines dritten Bereichs 32 des Sitzunterteils 18 angebracht, und ein vierter Sensor 26d ist innerhalb eines vierten Bereichs 34 des Sitzunterteils 18 angebracht. Vorzugsweise ist das Sitzunterteil in vier (4) Quadranten unterteilt, wobei der erste Bereich 28 des Sitzunterteils 18 den rechten, vorderen Quadranten darstellt, der zweite Bereich 30 den linken, vorderen Quadranten darstellt, der dritte Bereich 32 den linken, hinteren Quadranten darstellt und der vierte Bereich 34 den rechten, hinteren Quadranten darstellt. Der erste Sensor 26a ist innerhalb des rechten, vorderen Quadranten angebracht, der zweite Sensor 26b ist innerhalb des linken, vorderen Quadranten angebracht, der dritte Sensor 26c ist innerhalb des linken, hinteren Quadranten angebracht und der vierte Sensor 26d ist innerhalb des rechten, hinteren Quadranten angebracht. Ein erstes Gewichtssignal S1, das von dem ersten Sensor 26a erzeugt wird, entspricht größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem rechten, vorderen Quadranten, das zweite Gewichtssignal S2, das von dem zweiten Sensor 26b erzeugt wird, entspricht größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem linken, vorderen Quadranten, das dritte Gewichtssignal S3, das von dem dritten Sensor 26c erzeugt wird, entspricht größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem linken, hinteren Quadranten, und das vierte Gewichtssignal S4, das von dem vierten Sensor 26d erzeugt wird, entspricht größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem rechten, hinteren Quadranten.
Wenn der Fahrzeuginsasse auf dem Sitz sitzt, besteht das erste Gewichtssignal S1 aus einer ersten Vertikalkraftkomponente F_rf und einer ersten Fehlerkomponente E1_rf, welche durch die Einwirkung von nicht-vertikalen Sitzkräften auf das Sitzunterteil hervorgerufen wird. Nicht-vertikale Kräfte, d. h. seitliche F_lt und axiale F_lg Kräfte, die auf das Sitzunterteil 18 ausgeübt werden, lassen sich zum Beispiel auf die Beschleunigung, das Abbremsen oder Abbiegen des Fahrzeugs zurückführen. Diese seitlichen F_lt und axialen F_lg Kräfte bringen an jeder Sensorposition innerhalb des Sitzunterteils 18 einen Fehler in die Sensormessung ein.
Das zweite Gewichtssignal S2 besteht aus einer zweiten Vertikalkraftkomponente F_lf und einer zweiten Fehlerkomponente E2_lf, welche durch die seitlichen F_lt und axialen F_lg Kräfte hervorgerufen wird. Das dritte Gewichtssignal S3 besteht aus einer dritten Vertikalkraftkomponente F_lr und einer dritten Fehlerkomponente E3_lr, welche durch seitliche F_lt und axiale F_lg Kräfte hervorgerufen wird. Das vierte Gewichtssignal S4 besteht aus einer vierten Vertikalkraftkomponente F_rr und einer vierten Fehlerkomponente E4_rr, welche durch seitliche F_lt und axiale F_lg Kräfte hervorgerufen wird. Somit erzeugt jeder Sensor 26 ein Signal, das eine bestimmte Fehlerkomponente enthält.
Die Sensoren 26 sind vorzugsweise Dehnungsmessstreifen 40, die aus sich axial erstreckenden Elementen bestehen, welche je nach Richtung der einwirkenden Kraft unter Spannung bzw. Druck gesetzt werden. Die Herstellung und der Betrieb dieser Dehnungsmessstreifen sind auf diesem Gebiet der Technik wohl bekannt. Um ein vereinfachtes und kostengünstiges Gewichtsmessungssystem bereitzustellen, ist jedes Paar Sensoren 26, das innerhalb des Sitzunterteils 18 angebracht ist, derart ausgerichtet, dass ein Sensor 26a einen positiven Fehler (+) erzeugt und der andere Sensor 26b einen negativen Fehler (–) erzeugt. Seitliche F_lt und/oder axiale F_lg Kräfte, die auf die Sensoren 26 einwirken, stammen von der Einwirkung solcher Kräfte auf den Sitz 12. Da das Sitzgestell eine starre Konstruktion ist, üben sich die Kräfte im Allgemeinen gleichermaßen auf jeden Sensor 26 aus. Die seitlichen F_lt und axialen F_lg Kräfte, die den Fehler erzeugen, üben die gleiche Menge an Kraft auf beide Sensoren aus, jedoch hängt die Richtung oder „das Vorzeichen" der Kraft von der Ausrichtung des Sensors innerhalb des Sitzunterteils 18 ab. Wenn die Ausgänge von jedem Paar Sensoren 26 kombiniert werden, heben sich somit die Fehler gegenseitig auf. Wenn zwei (2) Paar Sensoren verwendet werden, müssen zwei (2) Sensoren innerhalb des Sitzunterteils so ausgerichtet werden, dass sie positive Fehler (+) erzeugen, während die anderen zwei (2) Sensoren so ausgerichtet sein müssen, dass sie negative Fehler (–) erzeugen.
Zum Beispiel sind der erste Sensor 26a und der dritte Sensor 26c, wie in 2A gezeigt, in dem ersten 28 bzw. dritten 32 Quadranten so ausgerichtet, dass die erste E1_rf und die dritte E3_lr Fehlerkomponente, die durch die seitlichen F_lt und axialen F_lg Kräfte verursacht werden, als positive Fehler (+) erzeugt werden. Der zweite Sensor 26b und der vierte Sensor 26d sind innerhalb des zweiten 30 bzw. vierten 34 Quadranten so ausgerichtet, dass die zweite E2_lf und die vierte E4_rr Fehlerkomponente, die durch die seitlichen F_lt und axialen F_lg Kräfte verursacht werden, als negative Fehler (–) erzeugt werden. Wie das Beispiel in 2A zeigt, befinden sich der erste Sensor 26a und der dritte Sensor 26c in einer weiter vorne gelegenen Position als der zweite Sensor 26b und der vierte Sensor 26d, jedoch könnten auch andere Sensoranordnung verwendet werden.
Obwohl die Anordnung von 2A bevorzugt wird, versteht es sich von selbst, dass auch andere Anordnungen, wie zum Beispiel die aus den 2B bis 2H, verwendet werden könnten. Die 2A-2D zeigen Dehnungsmessstreifen 40, die in dem Sensor 26 nach vorne oder nach hinten ausgerichtet sind, um positiv (+) oder negativ (–) zu sein. In 2A sind der erste 40a und der dritte 40c Dehnungsmessstreifen nach vorne hin ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen, und der zweite 40b und vierte 40d Dehnungsmessstreifen sind nach hinten hin ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen. In 2B, sind der erste 40a und der zweite 40b Dehnungsmessstreifen nach vorne hin ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen, und der dritte 40c und vierte 40d Dehnungsmessstreifen sind nach hinten hin 46 ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen. In 2C sind der zweite 40b und vierte 40d Dehnungsmessstreifen nach vorne hin ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen, und der erste 40a und der dritte 40c Dehnungsmessstreifen sind nach hinten hin ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen. In 2D sind der erste 40a und der zweite 40b Dehnungsmessstreifen nach hinten hin ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen, und der dritte 40c und der vierte 40d Dehnungsmessstreifen sind nach vorne hin ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen. Die 2E-2H zeigen Dehnungsmessstreifen 40, die von links nach rechts innerhalb der Sensoren 26 ausgerichtet sind, um positiv (+) oder negativ (–) zu sein. In 2E sind der erste 40a und der vierte 40d Dehnungsmessstreifen nach rechts ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen, und der zweite 40b und der dritte 40c Dehnungsmessstreifen sind nach links ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen. In 2F sind der zweite 40b und der dritte 40c Dehnungsmessstreifen nach rechts ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen, und der erste 40a und der vierte 40d Dehnungsmessstreifen sind nach links ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen. In 2G sind der zweite 40b und der vierte 40d Dehnungsmessstreifen nach rechts ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen, und der erste 40a und der dritte 40c Dehnungsmessstreifen sind nach links ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen. In 2H sind der erste 40a und der dritte 40c Dehnungsmessstreifen nach rechts ausgerichtet, um positive (+) Fehler zu erzeugen, und der zweite 40b und der vierte 40d Dehnungsmessstreifen sind nach links ausgerichtet, um negative (–) Fehler zu erzeugen.
Bei der Durchführung der Gewichtserfassung eines Fahrzeuginsassen wird keine individuelle Kraftmessung von einem einzelnen Sensor 26 verwendet. Es wird vielmehr eine Kombination der Vielzahl von Sensoren 26a, b, c, d verwendet, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen und die Gewichtsverteilung auf dem Sitz 12 zu bestimmen. Die in 3 gezeigte Zentraleinheit (CPU, Central Processing Unit) 36 bestimmt das Gewicht des Fahrzeuginsassen auf der Grundlage der Summe des ersten, zweiten, dritten und vierten Gewichtssignals S1, S2, S3, S4. Durch Addieren der positiven und negativen Fehlerkomponenten wird der Fehler, der durch die seitlichen F_lt und axialen F_lg Kräfte hervorgerufen wird, beseitigt.
Das Gesamtgewicht ist gleich S1 + S2 + S3 + S4 = (F_rf + E1_rf) + (F_lf – E2_lf) + (F_lr + E3_lr) + (F_rr – E4_rr) = F_rf + F_lf + F_lr + F_rr. Zusätzlich zur Bestimmung des Gesamtgewichts des Fahrzeuginsassen ist es manchmal nötig, die Gewichtsverteilung vorne/hinten und/oder links/rechts zu bestimmen. Die Gewichtsverteilung vorne/hinten kann auch bestimmt werden, indem das dritte S3 und vierte S4 Gewichtssignal oder das erste S1 und das zweite S2 Gewichtssignal addiert und durch das Gesamtgewicht dividiert werden: {(F_rf + E1_rf) + (F_lf – E2_lf)] /(F_rf + F_lt + F_lr + F_rr) = (F_rf + F_lf)/(F_rf + F_lf + F_lr + F_rr) Die Gewichtsverteilung links/rechts kann bestimmt werden, indem das erste S1 und das vierte S4 oder das zweite S2 und das dritte S3 Gewichtssignal addiert und durch das Gesamtgewicht dividiert werden: [(F_rf + E1_rf) + (F_rr – E4_rr)]/(F_rf + F_lf + F_lr + F_rr) = (F_rf + F_rr)/(F_rf + F_lf + F_lr + F_rr)
Sobald die CPU 36 das Gewicht des Fahrzeuginsassen bestimmt hat, wird diese Information verwendet, um das Airbagsystem 14 zu steuern. Eine Airbag-Steuereinheit 38 kommuniziert mit der CPU 36, sodass die Auslösekraft des Airbags 24 von der Airbag-Steuereinheit 38 auf Basis des Gewichts des Fahrzeuginsassen gesteuert wird, wenn die vorgegebenen Kollisionscharakteristika eintreten. Es versteht sich, dass die Airbag-Steuereinheit 38 und die CPU 36 separate Verarbeitungseinheiten sein können oder die Airbag-Steuereinheit 38 als Teil der CPU 36 ausgeführt sein kann.
Das Verfahren zum Bestimmen des Gewichts des Fahrzeuginsassen beginnt mit der Ausübung einer vertikalen Kraft F des Fahrzeuginsassen auf das Sitzunterteil 18. Ein erstes Gewichtssignal S1 wird erzeugt, das eine erste Vertikalkraftkomponente F_rf und eine erste Fehlerkomponente E1_rf enthält, welche durch die Einwirkung einer nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil 18 hervorgerufen wird. Ein zweites Gewichtssignal S2 wird erzeugt, das eine zweite Vertikalkraftkomponente F_lf und eine zweite Fehlerkomponente E2_lf enthält, welche durch die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil 18 hervorgerufen wird. Ein drittes Gewichtssignal S3 wird erzeugt, das eine dritte Vertikalkraftkomponente F_lr und eine dritte Fehlerkomponente E3_lr enthält, welche durch die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil 18 hervorgerufen wird. Ein viertes Gewichtssignal S4 wird erzeugt, das eine vierte Vertikalkraftkomponente F_rr und eine vierte Fehlerkomponente E4_rr enthält, welche durch die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil 18 hervorgerufen wird. Die erste E1_rf und dritte E3_lr Fehlerkomponente werden vorzugsweise als positiver Fehler (+) erzeugt, während die zweite E2_lf und vierte E4_rr Fehlerkomponente vorzugsweise als negativer Fehler erzeugt werden. Das erste S1, zweite S2, dritte S3 und vierte S4 Gewichtssignal werden kombiniert und der durch die nicht-vertikalen Kräfte hervorgerufene Fehler wird durch die Addition der positiven und negativen Fehlerkomponenten aufgehoben. Die erste F_rf, zweite F_lf, dritte F_lr und vierte F_rr Vertikalkraftkomponente werden kombiniert, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu bestimmen.
Das erste Gewichtssignal S1 wird so erzeugt, dass es einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem ersten Quadranten 28 entspricht, das zweite Gewichtssignal S2 wird so erzeugt, dass es einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem zweiten Quadranten 30 entspricht, das dritte Gewichtssignal S3 wird so erzeugt, dass es einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem dritten Quadranten 32 entspricht, und das vierte Gewichtssignal S4 wird so erzeugt, dass es einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem vierten Quadranten 34 entspricht.
Wie oben bereits erläutert, weist ein erster Dehnungsmessstreifen 40a innerhalb des ersten Sensors 26a eine erste Ausrichtung auf, um als Reaktion auf die Einwirkung von seitlichen und axialen Kräften auf das Sitzunterteil 18 einen positiven Fehler zu erzeugen, und ein zweiter Dehnungsmessstreifen 40b weist innerhalb des zweiten Sensors 26b eine zweite Ausrichtung auf, die der ersten Ausrichtung entgegengesetzt ist, um als Reaktion auf die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil 18 einen negativen Fehler zu erzeugen. Der dritte Sensor 26c und der vierte Sensor 26d umfassen Dehnungsmessstreifen 40c, 40d mit einer ähnlichen Ausrichtung.
Weitere Schritte umfassen das Bereitstellen einer Systemsteuereinheit 38 zum Steuern der Auslösung eines Airbags 24, wobei ein Gewichtssignal des Fahrzeuginsassen auf Grundlage der Addition der ersten, zweiten, dritten und vierten Vertikalkraftkomponenten erzeugt wird. Das Signal wird an die Steuereinheit 38 übertragen, welche die Auslösekraft des Airbags 24 auf Grundlage des Gewichts des Fahrzeuginsassen steuert.
Das erfindungsgemäße Gewichtsmessungssystem für Fahrzeuginsassen verwendet den Ausgang einer Vielzahl von vereinfachten Sensorelementen, um das Gewicht eines Fahrzeuginsassen zu messen und stellt außerdem eine genaue Gewichtsmessung bereit, indem der durch seitliche und axiale Kräfte verursachte Fehler beseitigt wird. Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart wurde, versteht es sich, dass ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik viele mögliche Modifikationen erkennen könnte, die in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen würden. Aus diesem Grunde sollten die folgenden Patentansprüche studiert werden, um den wahren Schutzbereich und Inhalt der vorliegenden Erfindung zu bestimmen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen (20) auf einem Sitz, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Ausüben einer vertikalen Kraft des Fahrzeuginsassen (F) auf ein Sitzunterteil (18), wobei das Sitzunterteil mindestens einen ersten Sitzbereich (28) und einen zweiten Sitzbereich (30) umfasst; (b) Erzeugen eines ersten Gewichtssignals (S1), das eine erste Vertikalkraftkomponente (F_rf) und eine durch die Einwirkung einer nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil hervorgerufene positive Fehlerkomponente (E1_rf) enthält, wobei das erste Gewichtssignal einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem ersten Sitzbereich (28) entspricht; (c) Erzeugen eines zweiten Gewichtssignals (S2), das eine zweite Vertikalkraftkomponente (F_lf) und eine durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufene negative Fehlerkomponente (E2_lf) enthält, wobei das zweite Gewichtssignal einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem zweiten Sitzbereich (30) entspricht; (d) Kombinieren des ersten und zweiten Gewichtssignals (S1, S2); (e) Aufheben des durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufenen Fehlers, indem die positive und die negative Fehlerkomponente (E1_rf, E2_lf) addiert werden; und (f) Addieren der ersten und zweiten Vertikalkraftkomponente (F_rf, F_lf), um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner das Bereitstellen eines ersten Sensors (26a) umfasst, der innerhalb des ersten Sitzbereichs (28) angebracht ist, um das erste Gewichtssignal (S1) zu erzeugen, und wobei Schritt (c) ferner das Bereitstellen eines zweiten Sensors (26b) umfasst, der innerhalb des zweiten Sitzbereichs (30) angebracht ist, um das zweite Gewichtssignal (S2) zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei Schritt (b) ferner das Ausstatten des ersten Sensors (26a) mit einem ersten Dehnungsmessstreifen (40a) umfasst, der eine erste Ausrichtung innerhalb des ersten Sensors aufweist, um als Reaktion auf die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil (18) einen positiven Fehler zu erzeugen, und wobei Schritt (c) ferner das Ausstatten des zweiten Sensors (26b) mit einem zweiten Dehnungsmessstreifen (40b) umfasst, der eine zweite Ausrichtung innerhalb des zweiten Sensors aufweist, die der ersten Ausrichtung entgegengesetzt ist, um als Reaktion auf die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil einen negativen Fehler zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines dritten Gewichtssignals (S3), das eine dritte Vertikalkraftkomponente (F_lr) und eine durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufene positive Fehlerkomponente (E3_lr) beinhaltet, und Erzeugen eines vierten Gewichtssignals (S4), das eine vierte Vertikalkraftkomponente (F_rr) und eine durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufene negative Fehlerkomponente (E4_rr) beinhaltet, vor Schritt (d), und wobei Schritt (d) ferner das Kombinieren des ersten, zweiten, dritten und vierten Gewichtssignals (S1, S2, S3, S4) umfasst, und wobei Schritt (f) ferner das Addieren der ersten, zweiten, dritten und vierten Vertikalkraftkomponente (F_rf, F_lf, F_lr, F_rr) umfasst, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Sitzunterteil (18) mindestens einen ersten Quadranten, einen zweiten Quadranten, einen dritten Quadranten und einen vierten Quadranten beinhaltet, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen des ersten Gewichtssignals (S1), das einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem ersten Quadranten entspricht in Schritt (b), Erzeugen des zweiten Gewichtssignals (S2), das einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem zweiten Quadranten entspricht in Schritt (c), Erzeugen des dritten Gewichtssignals (S3), das einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem dritten Quadranten entspricht, und Erzeugen des vierten Gewichtssignals (S4), das einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem vierten Quadranten entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 5, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines ersten Sensors (26a), der innerhalb des ersten Quadranten angebracht ist, um während Schritt (b) das erste Gewichtssignal (S1) zu erzeugen, Bereitstellen eines zweiten Sensors (26b), der innerhalb des zweiten Quadranten angebracht ist, um während Schritt (c) das zweite Gewichtssignal (S2) zu erzeugen, Bereitstellen eines dritten Sensors (26c), der innerhalb des dritten Quadranten angebracht ist, um das dritte Gewichtssignal (S3) zu erzeugen, und Bereitstellen eines vierten Sensors (26d), der innerhalb des vierten Quadranten angebracht ist, um das vierte Gewichtssignal (S4) zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 6, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Ausstatten des ersten Sensors (26a) mit einem ersten Dehnungsmessstreifen (40a), der eine erste Ausrichtung innerhalb des ersten Sensors aufweist, um als Reaktion auf die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil (18) einen positiven Fehler zu erzeugen, Ausstatten des zweiten Sensors (26b) mit einem zweiten Dehnungsmessstreifen (40b), der innerhalb des zweiten Sensors eine zweite Ausrichtung aufweist, die der ersten Ausrichtung entgegengesetzt ist, um als Reaktion auf die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil einen negativen Fehler zu erzeugen, Ausstatten des dritten Sensors (26c) mit einem dritten Dehnungsmessstreifen (40c), der innerhalb des dritten Sensors die erste Ausrichtung aufweist, um als Reaktion auf die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil einen positiven Fehler zu erzeugen, und Ausstatten des vierten Sensors (26d) mit einem vierten Dehnungsmessstreifen (40d), der innerhalb des vierten Sensors die zweite Ausrichtung aufweist, um als Reaktion auf die Einwirkung der nicht-vertikalen Kraft auf das Sitzunterteil einen negativen Fehler zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der erste Quadrant als der rechte, vordere Quadrant, der zweite Quadrant als der linke, vordere Quadrant, der dritte Quadrant als der linke, hintere Quadrant und der vierte Quadrant als der rechte, hintere Quadrant definiert sind und wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Kombinieren des ersten und zweiten Gewichtssignals (S1, S2), Aufheben des durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufenen Fehlers durch Addieren der positiven und negativen Fehlerkomponenten, Addieren der ersten und zweiten Vertikalkraftkomponente, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen auf dem vorderen Bereich des Sitzunterteils (18) zu bestimmen, und Dividieren der Summe der ersten und zweiten Vertikalkraftkomponente durch die Summe der ersten, zweiten, dritten und vierten Vertikalkraftkomponente, um die Gewichtsverteilung vorne/hinten des Fahrzeuginsassen auf dem Sitz zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der erste Quadrant als der linke, vordere Quadrant definiert ist, der zweite Quadrant als der rechte, vordere Quadrant definiert ist, der dritte Quadrant als der linke, hintere Quadrant definiert ist und der vierte Quadrant als der rechte, hintere Quadrant definiert ist, und wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Kombinieren des ersten und vierten Gewichtssignals (S1, S4), Aufheben des durch die nicht-vertikale Kraft hervorgerufenen Fehlers durch Addieren der positiven und negativen Fehlerkomponenten, Addieren der ersten und vierten Vertikalkraftkomponente, um das Gewicht des Fahrzeuginsassen auf dem rechten Bereich des Sitzunterteils (18) zu bestimmen, und Dividieren der Summe der ersten und vierten Vertikalkraftkomponente durch die Summe der ersten, zweiten, dritten und vierten Vertikalkraftkomponente, um die Gewichtsverteilung rechts/links des Fahrzeuginsassen auf dem Sitz zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Systemsteuereinheit zum Steuern der Auslösung eines Airbags (24); Erzeugen eines Gewichtssignal eines Fahrzeuginsassen auf Grundlage der Addition der ersten und zweiten Vertikalkraftkomponente; Übertragen des Gewichtssignals des Fahrzeuginsassen an die Steuereinheit (38); und Steuern der Auslösekraft des Airbags auf Grundlage des Gewichts des Fahrzeuginsassen.
System zum Messen des Gewichts eines Fahrzeugsinsassen (20), das Folgendes umfasst: ein Sitzunterteil (18) zum Aufnehmen einer im Wesentlichen vertikalen Gewichtskraft eines Fahrzeuginsassen; mindestens ein Paar Sensoren, das einen ersten Sensor (26a) umfasst, welcher innerhalb eines ersten Bereichs (28) des besagten Sitzunterteils angebracht ist, um ein erstes Gewichtssignal (S1) zu erzeugen, das aus einer ersten Vertikalkraftkomponente (F_rf) und einer positiven Fehlerkomponente (E1_rf) besteht, welche durch die Einwirkung von nicht-vertikalen Sitzkräften auf das besagte Sitzunterteil hervorgerufen wird, und einen zweiten Sensor (26b), welcher innerhalb eines zweiten Bereichs (30) des besagten Sitzunterteils angebracht ist, um ein zweites Gewichtssignal (S2) zu erzeugen, das aus einer zweiten Vertikalkraftkomponente (Flf) und einer negativen Fehlerkomponente (E2lf) besteht, welche durch die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen wird; und einen Prozessor (36) zum Bestimmen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen auf der Grundlage des besagten ersten und des besagten zweiten Gewichtssignals, wobei das Gewicht des Fahrzeuginsassen bestimmt wird, indem die besagte erste und die besagte zweite Vertikalkraftkomponente addiert werden und der durch die besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufene Fehler beseitigt wird, indem die positive und die negative Fehlerkomponente addiert werden.
System gemäß Anspruch 11, wobei der erste Sensor (26a) einen ersten Dehnungsmessstreifen (40a) umfasst, der eine erste Ausrichtung aufweist, um als Reaktion auf die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Kraft auf das besagte Sitzunterteil (18) einen positiven Fehler zu erzeugen, und wobei der besagte zweite Sensor (26b) einen zweiten Dehnungsmessstreifen (40b) umfasst, der eine zweite Ausrichtung aufweist, die der ersten Ausrichtung entgegengesetzt ist, um als Reaktion auf die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Kraft auf das besagte Sitzunterteil einen negativen Fehler zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 11, wobei das besagte, mindestens eine Paar Sensoren aus einem ersten und einem zweiten Paar Sensoren besteht, wobei das besagte erste Paar Sensoren den besagten ersten und den besagten zweiten Sensor (26a, 26b) enthält, und wobei das besagte zweite Paar Sensoren einen dritten Sensor (26c) enthält, der innerhalb eines dritten Bereichs (32) des besagten Sitzunterteils (18) angebracht ist, um ein drittes Gewichtssignal (S3) zu erzeugen, das aus einer dritten Vertikalkraftkomponente (F_lr) und einer positiven Fehlerkomponente (E3_lr) besteht, welche durch die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen wird, sowie einen vierten Sensor (26d), der innerhalb eines vierten Bereichs (34) des besagten Sitzunterteils angebracht ist, um ein viertes Gewichtssignal (S4) zu erzeugen, das aus einer vierten Vertikalkraftkomponente (F_rr) und einer negativen Fehlerkomponente (E4_rr) besteht, welche durch die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen wird.
System gemäß Anspruch 13, wobei der besagte erste Bereich (28) als ein rechter, vorderer Quadrant definiert ist, der besagte zweite Bereich (30) als ein linker, vorderer Quadrant definiert ist, der besagte dritte Bereich (32) als ein linker, hinterer Quadrant definiert ist und der besagte vierte Bereich (34) als ein rechter, hinterer Quadrant definiert ist; wobei das besagte erste Gewichtssignal (S1) größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem besagten rechten, vorderen Quadranten entspricht, das besagte zweite Gewichtssignal (S2) größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem besagten linken, vorderen Quadranten entspricht, das besagte dritte Gewichtssignal (S3) größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem besagten linken, hinteren Quadranten entspricht und das besagte vierte Gewichtssignal (S4) größenmäßig einem Teil des Gewichts des Fahrzeuginsassen auf dem besagten rechten, hinteren Quadranten entspricht.
System gemäß Anspruch 11, welches eine Airbag-Steuereinheit umfasst, die mit dem besagten Prozessor (36) kommuniziert, wobei die Auslösekraft eines Airbags (24) durch die besagte Steuereinheit auf der Grundlage des Gewichts des Fahrzeuginsassen gesteuert wird.
System zum Bestimmen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen (20), das Folgendes umfasst: ein Sitzunterteil (18) zum Aufnehmen einer im Wesentlichen vertikalen Gewichtskraft eines Fahrzeuginsassen, das in einen ersten Quadranten, einen zweiten Quadranten, einen dritten Quadranten und einen vierten Quadranten unterteilt ist; einen ersten Sensor (26a), der innerhalb des besagten ersten Quadranten angebracht ist, um ein erstes Gewichtssignal (S1) zu erzeugen, welches aus einer ersten Vertikalkraftkomponente und einer ersten Fehlerkomponente besteht, die durch die Einwirkung von nicht-vertikalen Sitzkräften auf das besagte Sitzunterteil (18) hervorgerufen wird; einen zweiten Sensor (26b), der innerhalb des besagten zweiten Quadranten angebracht ist, um ein zweites Gewichtssignal (S2) zu erzeugen, welches aus einer zweiten Vertikalkraftkomponente und einer zweiten Fehlerkomponente besteht, die durch die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen wird; einen dritten Sensor (26c), der innerhalb des besagten dritten Quadranten angebracht ist, um ein drittes Gewichtssignal (S3) zu erzeugen, welches aus einer dritten Vertikalkraftkomponente und einer dritten Fehlerkomponente besteht, die durch die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen wird; einen vierten Sensor (26d), der innerhalb des besagten vierten Quadranten angebracht ist, um ein viertes Gewichtssignal (S4) zu erzeugen, welches aus einer vierten Vertikalkraftkomponente und einer vierten Fehlerkomponente besteht, die durch die Einwirkung der besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen wird; wobei der besagte erste und der besagte dritte Sensor (26a, 26c) in dem besagten ersten bzw. dem besagten dritten Quadranten jeweils so ausgerichtet sind, dass die besagte erste und die besagte dritte Fehlerkomponente, die durch die besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen werden, als positive Fehler erzeugt werden, und wobei der besagte zweite und der besagte vierte Sensor (26b, 26d) in dem besagten zweiten bzw. dem besagten vierten Quadranten jeweils so ausgerichtet sind, dass die besagte zweite und die besagte vierte Fehlerkomponente, die durch die besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufen werden, als negative Fehler erzeugt werden; und einen Prozessor (36) zum Bestimmen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen auf der Grundlage des ersten, zweiten, dritten und vierten Gewichtssignals (S1, S2, S3, S4), wobei der durch die besagten nicht-vertikalen Sitzkräfte hervorgerufene Fehler beseitigt wird, indem die besagten positiven und die besagten negativen Fehler addiert werden.
Baugruppe gemäß Anspruch 16, wobei der besagte Prozessor (36) das Gewicht des Fahrzeuginsassen bestimmt, indem die besagte erste, zweite, dritte und vierte Vertikalkraftkomponente addiert werden.
Baugruppe gemäß Anspruch 17, wobei der besagte Prozessor eine Airbag-Steuereinheit (38) umfasst, wobei die Auslösekraft eines Airbags (24) durch die besagte Steuereinheit auf der Grundlage des Gewichts eines Fahrzeuginsassen gesteuert wird.