DE60112595T2

DE60112595T2 - System zur gewichtsklassifizierung

Info

Publication number: DE60112595T2
Application number: DE60112595T
Authority: DE
Inventors: Harald Lichtinger; M. Brian CURTIS; Robert Graf; Daniel Reich; Scott Morrell; Maria Kremer
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: US20040016577A1; US7048085B2; US7503417B2; DE60112595D1; JP2004510150A; WO2002026531A3; US6636792B2; EP1320476B1; US20020043789A1; JP3793756B2; EP1320476A2; US20060124377A1; WO2002026531A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Gewichts einer Person auf einem Sitz und auf die Einstufung der Person in eine Gewichtsklasse.
Verwandte Technik
Die meisten Fahrzeuge enthalten Rückhaltesysteme mit Airbags und Sitzgurten, die zusammenarbeiten, um den Fahrer und die Passagiere vor schweren Verletzungen infolge von Zusammenstößen bei hohen Geschwindigkeiten zu schützen. Es ist wichtig, dass die Entfaltungskräfte der Airbags in Abhängigkeit von der Größe des Fahrers oder des Mitfahrers gesteuert werden. Wenn auf dem Fahrzeugsitz ein Erwachsener sitzt, sollte sich der Airbag auf normale Weise entfalten. Wenn auf dem Fahrzeugsitz ein Kleinkindsitz angebracht ist oder ein kleiner Erwachsener/ein Kind angeschnallt ist, sollte sich der Airbag nicht entfalten bzw. sich mit deutlich geringeren Entfaltungskräften entfalten. Eine Möglichkeit, das Entfalten des Airbags zu steuern, besteht darin, das Gewicht des Insassen zu überwachen.
Derzeitige Systeme zum Messen des Gewichts einer auf einem Sitz sitzenden Person sind komplex und teuer. Bei diesen Systemen kommen verschiedene Arten von Sensoren und Einbaukonfigurationen zum Einsatz, um das Gewicht eines Insassen zu ermitteln. Einige Systeme verwenden beispielsweise druckempfindliche Folienmatten oder eine Vielzahl einzelner Sensoren, die in der Schaumeinlage der Sitzfläche angeordnet werden, während bei anderen Systemen die Sensoren auf den Sitzgleitschienen, Sitzrahmenelementen oder anderen Sitzstrukturelementen befestigt werden. Durch Verknüpfung der Ausgangssignale der Sensoren kann das Gewicht des Insassen bestimmt werden. Bei dieser Art von Sensorsystemen kann die Genauigkeit der Gewichtsmessung aufgrund von zusätzlichen Sitzkräften beeinträchtigt werden, die dadurch entstehen, dass der Insasse durch einen Sitzgurt auf dem Sitz festgeschnallt ist.
Bei einem Gewichtssensorsystem kann es beispielsweise schwierig sein, einen Erwachsenen von einem Kind oder einem Kleinkindsitz zu unterscheiden, wenn ein Sitzgurt benutzt wird. Wenn ein Kleinkindsitz mit einem Sitzgurt am Sitz festgeschnallt ist, wirkt auf die im hinteren Teil der Sitzfläche angebrachten Sensoren eine übermäßig hohe Kraft ein, die sich auf eine genaue Gewichtsermittlung störend auswirkt. Wenn der Sitzgurt zu stramm angezogen wird, um den Kleinkindsitz in seiner Position zu halten, wird der Kleinkindsitz gegen den hinteren Teil der Sitzfläche heruntergezogen, was zu den von den Sensoren erfassten übermäßig hohen Kräften führt.
In der US-Patentschrift 6 070 115 und der PCT-Patentanmeldung WO 99/12012 wird ein Verfahren zur Klassifizierung des Gewichts von Insassen unter Verwendung von Sitzsensoren und Sitzgurtsensoren beschrieben. Aufgrund dieses Effekts besteht bei derzeitigen Gewichtserfassungssystemen die Schwierigkeit, zwischen auf einem Sitz festgeschnallten Erwachsenen und einem Kleinkindsitz zu unterscheiden, der mittels eines Gurts auf dem Sitz befestigt ist.
Zur Lösung dieses Problems wurden Sensoren in den Sitzgurt eingearbeitet, um die im Gurt wirkende Zugkraft zu messen, wenn ein Insasse oder ein Kleinkindsitz auf dem Sitz festgeschnallt ist. Hohe Zugkräfte im Sitzgurt zeigen an, dass ein Kleinkindsitz auf dem Sitz festgeschnallt ist. Ein Nachteil bei den derzeitigen Sensoren für die Sitzgurtkräfte besteht in der Schwierigkeit, genaue Messergebnisse für die Sitzgurtkräfte zu erhalten. Ein weiterer Nachteil bei den derzeitigen Sensoren für die Sitzgurtkräfte ist darin zu sehen, dass die nichtaxiale Belastung des Gurtes die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen kann.
Wenn das Gewicht des Insassen und die Gurtkräfte gemessen werden, wird der Insasse üblicherweise in eine vorgegebene Klassifizierung eingestuft. Bei einigen Systemen wird versucht, die Insassen in vorgegebene, vom Kunden festgelegte Klassen einzustufen, die üblicherweise nur auf dem Gewicht des Insassen beruhen. Die Klassifikationsdaten werden dann verwendet, um die Entfaltung des Airbags zu modifizieren. Diese Systeme liefern keine genauen und konsistenten Klassifikationen über einen weiten Bereich von schlechten Straßenverhältnissen und/oder Insassensitzbedingungen.
Die Genauigkeit von Gewichtsmessungen mit bekannten Sensorsystemen kann auch aufgrund variabler Sitzkräfte beeinträchtigt werden, die von momentanen Vorkommnissen herrühren, z.B. wenn die Straßenverhältnisse schlecht sind oder der Insasse seine Sitzposition einstellt. Durch derlei Vorkommnisse kann für eine kurze Zeitspanne eine Gewichtskraft auf den Sitz aufgebracht oder von ihm entfernt werden, wodurch die Genauigkeit des Systems beeinträchtigt wird.
Es ist demzufolge wünschenswert, über verbesserte Möglichkeiten zur Ermittlung des Gewichts eines Insassen sowie über ein Klassifizierungssystem zu verfügen, das bei der Gewichtsbestimmung und der Klassifizierung eine höhere Genauigkeit liefert und die oben erwähnten Nachteile bei Systemen nach dem Stand der Technik beseitigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung werden ein Gewichtsklassifizierungssystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt, das alle Merkmale von Anspruch 15 aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an jeder Ecke der Sitzfläche ein Gewichtssensor angebracht. Jeder Gewichtssensor enthält ein Biegeelement, dessen eines Ende am Sitzrahmen und dessen entgegengesetztes Ende an einer Fahrzeug- oder anderen Sitzstruktur wie z.B. einem Rohrstück, einer Sitzgleitschiene oder dem Fahrzeugboden befestigt ist. An einem Mittelteil des Biegeelements ist mindestens eine Dehnungsmessstreifen-Anordnung befestigt, die über eine integrierte Elektronikeinheit mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) oder dergleichen elektrisch verbunden ist. Der Dehnungsmessstreifen misst die Auslenkung des Mittenteils und erzeugt ein Gewichtssignal, das zur ECU gesendet wird.
Das Biegeelement enthält vorzugsweise eine obere Fläche und eine untere Fläche mit mindestens einer zentral angeordneten Nut in der oberen oder der unteren Fläche. Die Nut erstreckt sich zumindest teilweise entlang der Breitenausdehnung des Sensors, damit eine Dehnung im Mittenteil lokalisiert werden kann. Der Dehnungsmessstreifen ist auf der der oberen bzw. der unteren Fläche entgegengesetzten Fläche in einer der Nut entgegenlaufenden Richtung angebracht.
Die Ausgangssignale der Sensoren nahe der Vorderseite der Sitzfläche werden verknüpft und mit den Ausgangssignalen der Sensoren nahe der Rückseite der Sitzfläche verglichen, um den Schwerpunkt zu ermitteln. Der anfängliche Gewichtswert des Insassen kann justiert werden, um den Schwerpunkt des Insassen zu berücksichtigen. Ferner kann der anfängliche Gewichtswert des Insassen justiert werden, um die auf den Insassen durch die Sitzgurtanordnung wirkende Kraft zu berücksichtigen.
Der Sitzgurtsensor enthält eine Lastzelle mit einem Dehnungsmessstreifen, der in einen Sitzgurtmechanismus integriert ist, welcher zum Festschnallen eines Insassen auf dem Fahrzeugsitz benutzt wird. Wenn der Sitzgurt strammgezogen wird, wird der Sensor auf Zug beansprucht, und dies wird vom Dehnungsmessstreifen gemessen. Die Messwerte des Dehnungsmessstreifens und die Signale werden an die ECU gesendet. In der ECU werden diese Daten verwendet, um zu ermitteln, ob ein Kleinkindsitz oder ein Erwachsener auf dem Fahrzeugsitz festgeschnallt ist. Außerdem wird der Wert der Sitzgurtkraft verwendet, um den anfänglichen Gewichtswert des Insassen zu justieren und um den Insassen in die richtige Klasse einzustufen.
Der Insasse wird auf der Grundlage des ermittelten Gewichtswertes des Insassen in eine von mehreren verschiedenen Gewichtsklassen eingestuft. Bei jeder dieser Gewichtsklassen gibt es obere und untere Schwellenwerte, die die Klasse definieren. Es werden im Laufe der Zeit mehrere Vergleiche zwischen dem ermittelten Gewicht und den Schwellenwerten der Gewichtsklassen durchgeführt, und jeder Vergleich führt zu einem Gewichtsklassen-Probenwert. Wenn eine vorgegebene Anzahl von konsistenten und fortlaufenden Gewichtsklassen-Probenwerten vorliegt, wird dem Insassen eine spezifische Gewichtsklassenbezeichnung zugewiesen. Die spezifische Gewichtsklassenbezeichnung wird so lange unverändert beibehalten, bis eine gewisse Anzahl von inkonsistenten Gewichtsklassen-Probenwerten beobachtet wird.
In einer beschriebenen Ausführungsform dieser Erfindung beinhaltet das Verfahren des Einstufens eines Insassen in Gewichtsklassen die folgenden Schritte. Das Gewicht des Insassen wird gemessen und führt zu einem ermittelten Gewicht. Das ermittelte Gewicht wird mit einer Reihe von Gewichtsklassen mit Schwellenwerten verglichen, um einen Klassen-Probenwert zu bestimmen. Die obigen Schritte werden wiederholt, bis eine vorgegebene Anzahl von Klassen-Probenwerten mit gleichen Werten vorliegen, und der Klassenprobenwert wird dann als Gewichtsklasse des Insassen übernommen.
Zu weiteren Schritten gehören die Erzeugung eines Signals der Gewichtsklasse des Insassen, das der übernommenen Gewichtsklasse des Insassen entspricht, das Übertragen des Signals der Gewichtsklasse des Insassen an eine Steuereinheit und das Modifizieren des Entfaltens des Airbags in Abhängigkeit von dem Signal für die Gewichtsklasse des Insassen. Die übernommene Gewichtsklasse wird wieder freigegeben, wenn eine vorgegebene Anzahl inkonsistenter Klassen-Probenwerte beobachtet werden. Wenn die Klasse wieder freigegeben wird, wird der Prozess wiederholt.
Wenn der Insasse in eine Gewichtsklasse eingestuft wurde, wird diese Klasse für den nächsten Vergleich als bekannte Klasse herangezogen. Vorzugsweise werden jeder Gewichtsklasse ein oberer und ein unterer Schwellenwert zugewiesen. Bei jeder Iteration wird der ermittelte Wert mit dem oberen und dem unteren Schwellenwert der letzten bekannten Gewichtsklasse verglichen. Wenn für die letzte bekannte Gewichtsklasse das ermittelte Gewicht zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert liegt, wird der neue Klassen-Probenwert als der gleiche wie die letzten bekannten Klassen-Probenwerte angesehen. Der Probenwert wird einer nächsthöheren Gewichtsklasse gleichgesetzt, wenn das ermittelte Gewicht größer als der obere Schwellenwert der letzten bekannten Gewichtsklasse ist, und er wird der nächstniedrigeren Gewichtsklasse gleichgesetzt, wenn das ermittelte Gewicht kleiner als der untere Schwellenwert der letzten bekannten Gewichtsklasse ist.
Bei einer beschrieben Ausführungsform wird der obere Schwellenwert des Klassen-Probenwertes um einen ersten vorgegebenen Betrag erhöht und der untere Schwellenwert des Klassen-Probenwertes um einen zweiten vorgegebenen Betrag herabgesetzt, nachdem der Klassen-Probenwert übernommen wurde. Der obere und der untere Schwellenwert werden auf ihre Anfangswerte zurückgesetzt, wenn der Klassen-Probenwert wieder freigegeben wird.
Bei dem Gegenstand der Erfindung werden Messungen des Gewichts des Insassen und der Sitzgurtkräfte in Kombination mit variierenden Gewichtsklassenschwellenwerten und den Verläufen von Klassen-Probenwerten verwendet, um einen stabileren, genaueren und robusteren Klassifizierungsprozess zu erzeugen, der Fehler infolge Veränderungen der Position des Insassen und schlechter Straßenverhältnisse verringert. Das genauere Klassifizierungssystem wird zur Erzeugung von Steuersignalen verwendet, welche zur Modifizierung der Airbag-Entfaltung herangezogen werden.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten anhand der folgenden Spezifikationen und Zeichnungen verstanden werden, die nachstehend kurz beschrieben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Airbag-System und einem Insassen auf einem Sitz, wobei der aktive Zustand des Airbags gestrichelt dargestellt wird.
2 ist eine Vorderansicht eines Sitzes und einer Sitzgurtanordnung.
3 ist eine Draufsicht auf einen Sensor für die Sitzgurtkräfte.
4 ist eine Seitenansicht des Sensors für die Sitzgurtkräfte von 3.
5 ist ein schematisches Steuerdiagramm des Sensors für die Sitzgurtkräfte und des Steuersystems.
6 ist eine Explosionszeichnung einer Sitzanordnung mit integrierten Insassengewichtssensoren.
7 ist eine seitliche Schnittansicht eines Gewichtssensors, der in eine Sitzanordnung eingebaut ist.
8 ist eine perspektivische Ansicht des Gewichtssensors von 7.
9 ist ein schematisches Steuerdiagramm des Gewichtssensors und des Steuerungssystems.
10A ist eine perspektivische Draufsicht eines Gewichtssensors.
10B ist eine perspektivische Untenansicht des Gewichtssensors von 10A.
10C ist eine Seitenansicht des Gewichtssensors von 10A.
10D ist ein schematisches Diagramm einer Elektronikeinheit für einen Gewichtssensor.
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Verfolgungs- und den Übernahmeschwellenwerten zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Bestimmung des Gewichtsklassen-Probenwertes zeigt.
13 ist ein Flussdiagram, das die Verfolgungs- und Übernahmeprozesse beschreibt.
14 ist ein schematisches Diagramm einer in dem Steuerungssystem verwendeten Steuereinheit (ECU).
15A ist eine perspektivische Ansicht der ECU.
15B ist eine perspektivische Ansicht der ECU von 15A von der entgegengesetzten Seite.
16 ist ein Flussdiagramm, das die Gesamtfunktion des Steuerungssystems beschreibt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Fahrzeug enthält eine Fahrzeugsitzanordnung, die in 1 allgemein mit der Bezeichnung 12 gezeigt wird, und ein Airbag- System 14. Die Sitzanordnung 12 enthält eine Sitzrückenlehne 16 und eine Sitzfläche 18. Ein Insasse 20 ist mit einer Sitzgurtanordnung 22 auf dem Sitz 12 festgeschnallt. Der Fahrzeuginsasse 20 kann ein Erwachsener, ein Kind oder ein Kleinkind in einem Kindersitz sein, der mit dem Sitzgurt 22 auf dem Sitz 12 festgeschnallt ist. Auf den Sitzgurt 22 wirkt eine Zugkraft F_t, welche die Kraft darstellt, die beim Festziehen des Gurts auf den Insassen 20 einwirkt. Der Insasse 20 übt eine senkrechte Gewichtskraft F_w auf die Sitzfläche 18 aus. Das hier beschriebene Gewichtsklassifizierungssystem misst die Zugkraft F_t und die Gewichtskraft F_w, ermittelt das Gewicht des Insassen und seinen Schwerpunkt und stuft den Insassen ein. Die Klassifizierungsdaten werden zur Steuerung des Auslösens einer Sicherheitseinrichtung, z.B. eines Airbag 24, verwendet.
Der Airbag 24 wird unter bestimmten Kollisionsbedingungen vom Airbag-System 14 entfaltet. Die Kraft zum Entfalten für den Airbag 24, der in 1 gestrichelt im entfalteten Zustand gezeigt wird, variiert in Abhängigkeit vom Typ des Insassen 20, der auf dem Sitz 12 festgeschnallt ist. Wenn ein Erwachsener 20 auf dem Fahrzeugsitz 12 festgeschnallt ist, wird der Airbag 24 auf normale Weise entfaltet, wie in 1 gezeigt wird. Wenn ein kleiner Erwachsener oder ein Kleinkind in einem Kindersitz auf dem Fahrzeugsitz 12 festgeschnallt ist, sollte sich der Airbag 24 nicht oder mit einer deutlich geringeren Kraft entfalten. Es ist also wichtig zu ermitteln, ob auf dem Sitz 12 ein Erwachsener 20 oder ein kleiner Erwachsener oder ein Kleinkindsitz mit dem Gurt 22 auf dem Sitz festgeschnallt ist. Eine Möglichkeit, dies zu ermitteln, besteht darin, die auf den Sitzgurt 22 wirkende Zugkraft zu überwachen. Wenn ein Erwachsener 20 auf dem Sitz festgeschnallt ist, wirken normale Sitzgurtkräfte auf den Sitzgurt 22 ein. Wenn ein Kind oder ein Kleinkindsitz auf dem Sitz 12 festgeschnallt ist, wirken hohe Zugkräfte auf den Sitzgurt 22 ein, da der Sitzgurt 22 übermäßig stramm angezogen ist, um den Kleinkindsitz sicher in seiner Position zu halten.
Der Fahrzeugsitz 12 ist an einer Fahrzeugstruktur 26, z.B. am Wagenboden, auf eine in der Technik bekannte Weise befestigt. Bei dem hier beschriebenen Gewichtsklassifizierungssystem kommt eine Vielzahl von Sensoren zum Einsatz, von denen einige in der Sitzfläche 18 angebracht sind, um das Gewicht des Insassen zu messen, und andere an der Sitzgurtanordnung 22 befestigt sind, um die Zugkraft F_t des Sitzgurts zu messen. Das Ausgangssignal der Sensoren, die das Gewicht des Insassen messen, wird verwendet, um ein Anfangsgewicht und einen Schwerpunkt des Insassen zu bestimmen. Die Daten über den Schwerpunkt in Verbindung mit dem Ausgangssignal der Sensoren, die die Sitzgurtkräfte messen, werden verwendet, um einen Kompensationsfaktor zu erzeugen, der dazu dient, den Gewichtswert des Insassen zu justieren und somit Veränderungen der Position des Insassen zu berücksichtigen. Der Insasse wird sodann in eine vorgegebene Klasse eingestuft, wobei ein Verfahren zum Tragen kommt, das momentane Vorkommnisse wie z.B. schlechte Straßenverhältnisse oder Veränderungen der Position des Insassen herausfiltert. Die bevorzugten Sensoren zum Messen des Gewichts des Insassen und der Sitzgurtkräfte sowie das Verfahren zur Einstufung der Insassen werden nachfolgend detailliert erläutert.
Der in 2 ausführlicher dargestellte Sitzgurt 22 weist einen Gurtteil 28 auf, der einen Schultergurt und/oder einen Beckengurt enthält, welcher mit einer Gurtschloss-Steckzunge 30 verbunden ist. Ein Sitzgurtverriegelungsmechanismus 32 ist mit dem Sitz 12 fest verbunden und erstreckt sich üblicherweise vom Sitz 12 zwischen der Sitzrückenlehne 16 und der Sitzfläche 18 nach außen. Der Verriegelungsmechanismus 32 enthält ein Aufnahmeteil 34 für die Steckzunge 30, um den Insassen 20 oder den Kleinkindsitz auf dem Sitz 12 festzuschnallen. Der Gurtteil 28 kann manuell oder automatisch strammgezogen werden, sobald der Gurt mit einer gewünschten Spannung angelegt ist.
Eine Sensoranordnung 40 zum Messen der Zugkräfte im Sitzgurt 22 wird in den 3 und 4 gezeigt. Die Sensoranordnung 40 enthält ein steifes Element, das vorzugsweise als Metallplatte 42 aus dem Werkstoff 4130Rc39 hergestellt wird, es können jedoch auch ähnliche Werkstoffe zum Einsatz kommen. Die Platte 42 enthält ein erstes Ende 44, das über eine Schnallenverbindung 46 mit dem Material verbunden ist, das einen Teil des Sitzgurts 22 bildet, und ein zweites Ende 48, das mit einer Fahrzeugstruktur, z.B. der B-Säule oder dem Sitzverriegelungsmechanismus 32, 34, verbunden ist.
Die Platte 42 enthält einen verjüngten Teil 50, der sich zwischen den Enden 44, 48 befindet und der schmaler als die Enden 44, 48 ist. Ein Dehnungsmessstreifen 52 wird an dem verjüngten Teil 50 angebracht. Durch das Strammziehen des Sitzgurts 22 wird über die Schnallenverbindung 46 eine Zugkraft F_t auf die Platte 42 ausgeübt, wodurch an dem verjüngten Teil 50 eine Dehnung entsteht. Diese Dehnung wird vom Dehnungsmessstreifen 52 gemessen. Der Dehnungsmessstreifen 52 ist vorzugsweise als Vollbrücke mit vier (4) Gittern ausgeführt.
Das erste Ende 44 der Platte 42 ist in Bezug auf das verjüngte Teil 50 und das zweite Ende 48 vorzugsweise unter einem Winkel positioniert, wie in 4 dargestellt ist. Dadurch wirkt die Zugkraft unter einem Winkel, sodass ein Moment M_T an einer Kante des verjüngten Teils 50 erzeugt wird. Das zweite Ende 48 der Platte 42 ist fest mit der Fahrzeugstruktur verbunden und erzeugt eine Gegenkraft F_rea und ein Moment M_rea. Der Dehnungsmessstreifen 52 misst die Dehnung, die im verjüngten Teil 50 der Platte 42 auftritt, wenn die Zugkraft F_T auf das erste Ende 44 der Platte 42 einwirkt.
An der Platte 42 ist außerdem nahe des Dehnungsmessstreifens 52 ein elektrischer Verbinder 54 angebracht. Wie in 5 ersichtlich ist, werden bei den Dehnungsmessungen die Signale 56 erzeugt, die vom Dehnungsmessstreifen 52 zum Verbinder 54 und dann zu einer jeweiligen elektronischen Steuereinheit (ECU) oder einem Mikroprozessor 58 gesendet werden, siehe 5. Die ECU 58 kann in den Verbinder 54 mit allen elektronischen Schaltungen und Leiterplatinen integriert werden (wie es in 3 gezeigt wird), oder sie kann als separate Komponente irgendwo im Fahrzeug untergebracht werden, wie weiter unten erläutert wird. Die ECU 58 verarbeitet die Dehnungssignale 56, um den Wert der auf den Sitzgurt 22 einwirkenden Zugkräfte F_t zu bestimmen, und sendet ein Sitzgurtkraft-Ausgangssignal 66 an eine zentrale elektronische Steuereinheit (ECU) oder einen zentralen Mikroprozessor 60, der das Sitzgurtkraftsignal und die Messwerte des Insassengewichts verwendet, um den Insassen einzustufen und letztendlich die Entfaltung des Airbags 24 zu steuern. Es sollte klar sein, dass die ECU 58 als getrennte Einheit ausgeführt oder in die zentrale ECU 60 eingebaut werden kann.
Der Dehnungsmessstreifen 52 misst die durch die Zugkraft F_T im Sitzgurt 22 hervorgerufene Dehnung, was zur Erzeugung eines Sitzgurtkraft-Ausgangssignals 66 führt. Die zentrale ECU 60 verwendet das Sitzgurtkraft-Ausgangssignal 66, um das gemessene Insassengewicht bei zu stramm angezogenem Sitzgurt zu justieren oder zu kompensieren. Das Sitzgurtkraft-Ausgangssignal 66 kann darüber hinaus verwendet werden, einen Kindersitz zu erkennen. Wenn die Zugkraft F_T einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, erkennt das System einen Kindersitz. Auf einen Erwachsenen kann beispielsweise eine Zugkraft in einem Sitzgurt bis zu etwa 14 kg einwirken, ohne dass er sich unwohl fühlt. Wenn der Dehnungsmessstreifen 52 eine Zugkraft F_T misst, die 14 kg übersteigt, würde das bedeuten, dass ein Kindersitz auf dem Sitz 12 festgeschnallt ist. Wenn ein Kindersitz auf dem Sitz erkannt wurde, würde der Airbag 24 bei einer Kollision nicht entfaltet werden. Es versteht sich von selbst, dass 14 kg ein ungefährer Wert ist, der je nach Sitz und Sitzgurtkonfiguration unterschiedlich sein kann. Die vorgegebene Grenze zum Vergleich mit der gemessenen Zugkraft F_T kann demzufolge je nach Sitzkonfiguration unterschiedlich sein.
Das Sensorsystem zum Messen des Gewichts eines Insassen ist in 6 dargestellt. Eine Vielzahl von Insassengewichtssensoren 68 ist an Sitzstrukturelementen wie etwa einem Sitzrahmen oder einem Führungselement befestigt, die in 6 allgemein mit 70 bezeichnet sind.
Wie oben erläutert wurde, wird der Sitz 12 vorzugsweise an der Fahrzeugstruktur 26 auf einer innenliegenden Führungsschienenanordnung 70a sowie einer außenliegenden Führungsschienenanordnung 70b befestigt, die von der innenliegenden Führungsschienenanordnung 70a einen vorgegebenen Abstand hat. Die innenliegende bzw. außenliegende Führungsschienenanordnung 70a bzw. 70b enthält jeweils das erste bzw. das zweite Führungselement 72 bzw. 74. Das erste Führungselement 72 ist üblicherweise an einem Sitzrohrstück 76 oder direkt an der Fahrzeugstruktur 26, z.B. dem Fahrzeugboden, befestigt. Das zweite Führungselement 74 ist bezüglich des ersten Führungselements 72 verschieblich angeordnet, sodass der Sitz 12 innerhalb des Fahrzeugs nach vorn oder nach hinten auf eine gewünschte Position eingestellt werden kann.
Die Vielzahl der Sensoranordnungen 68 ist zwischen dem ersten Führungselement 72 der innenliegenden bzw. außenliegenden Führungsanordnungen 70a bzw. 70b und dem Rohrstück 76 befestigt. In der bevorzugten Ausführungsform werden vier (4) Sensoranordnungen 68 mit einer ersten Sensoranordnung 68a verwendet, die sich nahe dem vorderen Teil der innenliegenden Führungsanordnung 70a befindet, einer zweiten Sensoranordnung 68b, die sich nahe dem hinteren Teil der innenliegenden Führungsanordnung 70a befindet, einer dritten Sensoranordnung 68c, die sich nahe dem vorderen Teil der außenliegenden Führungsanordnung 70b befindet, und einer vierten Sensoranordnung 68d, die sich nahe dem hinteren Teil der außenliegenden Führungsanordnung 70b befindet.
Die Sensoranordnungen 68 werden vorzugsweise wie oben beschrieben installiert, d.h. zwischen der unteren Sitzschiene 72 und dem Rohrstück 76. Die Sensoranordnungen 68 können jedoch auch zwischen der unteren Sitzschiene 72 und einem verstärkten Fahrzeugboden oder einer verstärkten Halterung eingebaut werden.
Jede Sensoranordnung 68a (linker vorderer Teil der Sitzfläche 18), 68b (linker hinterer Teil der Sitzfläche 18), 68c (rechter vorderer Teil der Sitzfläche 18) und 68d (rechter hinterer Teil der Sitzfläche 18) hat vorzugsweise ein erstes Ende 78, das an dem ersten Führungselement 72 mit mindestens einem Bolzenverbinder 80 angebracht ist, und ein zweites Ende 82, das an dem Rohrstück 76 mit mindestens einem Bolzenverbinder 80 angebracht ist, wie in 7 gezeigt wird. Es sollte klar sein, dass jede Art von Befestigungselement verwendet werden kann und dass zum Anbringen der Sensoren 68 andere in der Technik bekannte Verbindungsverfahren ebenfalls Anwendung finden können, wobei allerdings M10-Befestigungselemente bevorzugt werden. Ein mittlerer biegbarer Abschnitt 84 erstreckt sich zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Ende 78 bzw. 82 der Sensoranordnung 68. Da die vertikale Kraft F_w des Insassen 20 auf die Sitzfläche 18 einwirkt, wird der mittlere biegbare Abschnitt 84 jeder Sensoranordnung 68a, 68b, 68c und 68d ausgelenkt, oder er verbiegt sich zu einer S-förmigen Konfiguration, wobei ein Teil des Sensors 68 auf Druck und ein anderer auf Zug beansprucht wird.
Wie in den 7 und 8 dargestellt wird, werden das erste Ende 78 bzw. das zweite Ende 82 oberhalb/unterhalb des mittleren biegbaren Abschnitts 84 angehoben und bilden Stufen 86 auf jeder Seite des mittleren biegbaren Abschnitts 84. Die Höhe der Stufen 86 kann unterschiedlich sein. Bei dieser Konfiguration werden zwischen dem Sensor 68 und dem Führungselement 72 sowie zwischen dem Sensor 68 und dem Rohrstück 76 Spalte ausgebildet, um das Biegen zu erleichtern.
Ein Dehnungsmessstreifen 88 ist an jedem der Sensoren 68a, 68b, 68c und 68d befestigt, um den Betrag der Durchbiegung des mittleren Abschnitts 84 zu messen. Die Sensoren 68 haben eine obere Fläche 90, die zur Sitzfläche 18 weist, und eine untere Fläche 92, die zum Rohrstück 76 weist. Vorzugsweise wird eine Kombination von vier (4) Dehnungsmessstreifen in Vollbrückenschaltung an der oberen Fläche 90 oder der unteren Fläche 92 befestigt, um die Durchbiegung zu messen. Die vier Dehnungsmessstreifen werden so kombiniert, dass sie in einer Wheatstone-Brückenschaltung die Auslenkung messen können. Die Funktion einer Wheatstone-Brücke ist in der Technik hinreichend bekannt.
In 8 wird dargestellt, dass der Dehnungsmessstreifen 88 oben auf der Fläche 90 des Sensors 68 befestigt ist. Eine erste Öffnung 94 ist am ersten Ende 78 des Sensors 68 ausgebildet, und eine zweite Öffnung 96 ist am zweiten Ende 82 des Sensors 68 ausgebildet, zur Aufnahme der Bolzenverbinder 80. Der Dehnungsmessstreifen 88 ist zwischen den Öffnungen 94, 96 auf der oberen Fläche 90 angeordnet. Zur Erzielung genauerer Messwerte sollten alle Komponenten der Dehnungsmessstreifen-Vollbrücke 88 ausschließlich auf einer Fläche des Sensors 68 angebracht werden. Mit anderen Worten, wenn der Dehnungsmessstreifen 88 auf der oberen Fläche 90 befestigt ist, sollten auf der unteren Fläche 92 keine Dehnungsmessstreifenkomponenten angebracht werden, oder wenn der Dehnungsmessstreifen 88 auf der unteren Fläche 92 befestigt ist, sollten auf der oberen Fläche 90 keine Dehnungsmessstreifenkomponenten angebracht werden.
Vorzugsweise sind die Sensoren 68 für einen Messbereich von –100 kg bis +100 kg mit einer Auflösung von 0,1 kg ausgelegt. Die Sensoren 68 sind außerdem vorzugsweise so gestaltet, dass sie ohne Beeinträchtigung der Funktion 675 kg widerstehen können.
Die Sensoren 68a, 68b, 68c und 68d erzeugen jeweils ein Signal, das dem Gewicht des Insassen entspricht, welches eine Durchbiegung an der betreffenden Position der Sensoren 68a, 68b, 68c und 68d verursacht, siehe 9. Der erste Sensor 68a erzeugt also ein erstes Signal 100, der zweite Sensor 68b erzeugt ein zweites Signal 102, der dritte Sensor 68c erzeugt ein drittes Signal 104, und der vierte Sensor 68d erzeugt ein viertes Signal 106. Die Signale 100, 102, 104 und 106 werden einer gemeinsamen Schnittstelleneinheit 108 zugeführt und danach zur Zentraleinheit (CPU) oder der elektronischen Steuereinheit (ECU) 60 geleitet, wie es in der Technik bekannt ist. Die Sensoren 68a, 68b, 68c und 68d geben ein verstärktes und digitalisiertes Signal an die ECU 60 aus, welche die Signale aufbereitet. Die ECU verknüpft die Signale 100, 102, 104 und 106, um das Gesamtgewicht des Insassen 20 zu bestimmen.
Bei den Sensoren 68 können Fehler auftreten, die die Werte der Gewichtsmessung verfälschen. Temperaturänderungen können zur Ausdehnung des Grundmaterials, zu Widerstandsänderungen und zu Änderungen an den Befestigungen führen. Darüber hinaus kann ein anfänglicher Offsetfehler auftreten, und Einheitenzuordnungsveränderungen zwischen dem biegbaren Abschnitt 84 und dem Dehnungsmessstreifen 88 können die Verstärkung beeinflussen. Um diese Fehler zu verringern, ist der Dehnungsmessstreifen 88 vorzugsweise gekapselt, und der biegbare Abschnitt 84, dessen konstruktive Einzelheiten nachfolgend erörtert werden, ist so gestaltet, dass sein Ausgangssignal so hoch wie möglich wird.
Jeder Sensor 68 enthält eine Elektronikeinheit 140 mit flexiblen Leiterplatinen (PCB) 142 und einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) 144, wie in 10D gezeigt ist. Diese Einheit 140 kann mit dem in den 10A bis 10D gezeigten Sensor 110 oder mit dem in den 7 und 8 gezeigten Sensor 68 verwendet werden. Um Sensorfehler noch weiter zu verringern, werden auf der Leiterplatine 142 eine Entkopplung und eine Differenzkapazität vorgesehen. Der das Sensorsignal aufbereitende ASIC 144 wird für die Kompensation des Anfangsoffset und zum Messen der Temperatur zwecks Temperaturkompensation in der ECU 60 verwendet. Neben diesen Merkmalen sorgt der ASIC 144 für die Verstärkung, die Analog/Digital-Wandlung der Signale, die Speicherung der Kompensationsparameter, die serielle Übertragung der Lastsignale und die Diagnose.
Jeder Sensor 68 und die Elektronikeinheit 140 werden vorzugsweise auf die folgende Weise montiert. Die Oberfläche des Sensors 68 ist vorbehandelt. Kabel sind in einen Verbinder 146 mit flexiblen Leiterbahnen eingebunden, der mit dem Dehnungsmessstreifen 88 verbunden ist. Der Verbinder 146 mit flexiblen Leiterbahnen und der Dehnungsmessstreifen 88 sind mit dem biegbaren Abschnitt 84 fest verbunden. Der Verbinder 146 mit flexiblen Leiterbahnen ist an ein Gehäuse 148 angelötet, das die PCB 142 und den ASIC 144 aufnimmt. Der Dehnungsmessstreifen 88 wird wie in der Technik bekannt vorbehandelt, und die PCB 142 wird im Gehäuse 148 mit Pressstiften (nicht gezeigt) befestigt. Eine Abdeckung (nicht gezeigt) wird auf das Gehäuse 148 aufgeschweißt, und der Sensor 68 wird kalibriert.
Wie oben erörtert wurde, verknüpft die ECU 60 die Signale 100, 102, 104 und 106 des Gewichtssensors, um das Gesamtgewicht des Insassen 20 zu bestimmen. Die Signale des linken vorderen Sensors 68a und die Signale des rechten vorderen Sensors 68c werden zur Bestimmung eines vorderen Gewichtsteils verknüpft, und die Signale des linken hinteren Sensors 68b und die Signale des rechten hinteren Sensors 68d werden zur Bestimmung eines hinteren Gewichtsteils verknüpft. Der vordere und der hintere Gewichtsteil werden verglichen, um den Schwerpunkt zu ermitteln. Der Wert des Gesamtgewichts des Insassen 20 kann sodann durch die ECU 60 justiert werden, um Änderungen aufgrund der Lage des Schwerpunkts des Insassen zu berücksichtigen. Die ECU 60 kann darüber hinaus die auf den Insassen 20 einwirkenden Sitzgurtkräfte wie oben erörtert anpassen oder kompensieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Gewichtssensors 110 ist in den 10A bis 10C dargestellt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform enthält jede der Sensoranordnungen 110a, 110b, 110c und 110d mindestens eine Nut 112, die in der oberen Fläche 90 oder der unteren Fläche 94 des Sensors 110 ausgebildet ist. Die Nut 112 erstreckt sich zumindest teilweise längs der Breite der Sensoranordnung 68 zum Lokalisieren von Dehnung in dem mittleren biegbaren Abschnitt 84. Der Vollbrückendehnungsmessstreifen 88 ist auf der gegenüber liegenden Fläche angebracht und weist in die entgegensetzte Richtung der Nut 112, siehe 10B. Die Nut 112 erstreckt sich wie gezeigt vorzugsweise über die gesamte Breite des Sensors 68.
Durch Messung der Auslenkung an allen vier (4) Positionen der innenliegenden bzw. außenliegenden Führungsanordnungen 70a bzw. 70b besteht die Möglichkeit, das Gewicht des Insassen zu berechnen, das der Summe der Ausgangssignale aller Sensoren 68a, 68b, 68c und 68d proportional ist. Die Elektronik für die Signalaufbereitung und die Schnittstelle 108 können innerhalb der Führungsanordnungen 70a, 70b wie in der Technik bekannt untergebracht werden.
Wenn das Gewicht und die Sitzgurtkräfte gemessen worden sind, wird der Insasse 20 in eine Gewichtsklasse eingestuft. Die Gewichtssignale 100, 102, 104 und 106 werden verknüpft und stellen zunächst ein Gewichts-Schätzsignal 114 für den Insassen 20 dar. Die ECU 60 vergleicht das Gewichtssignal 114 mit einer Reihe von Gewichtsklassen, die jeweils mindestens einen Schwellenwert haben, weist dem Insassen 20 eine Gewichtsklassenbezeichnung zu und erzeugt ein Ausgangssteuersignal 116, welches die Entfaltung des Airbag 24 in Abhängigkeit von der Gewichtsklassifizierung steuert und modifiziert. Der Vorgang des Klassifizierens wird später genauer erörtert.
Die Gewichtssensoren 68 werden vorzugsweise vor ihrer Installation kalibriert. Beim Einbau des Sitzes 12 in das Fahrzeug entstehen in der Sitzführungsanordnung 26 Spannungen, die vom Sensor 68 erkannt werden. Diese Spannungen können von Sitz zu Sitz unterschiedlich sein und stellen einen Offsetwert dar. Die Sensoren 68 können bei einer Systemdiagnose neu kalibriert werden. Bei einer Neukalibrierung muss der Sitz 12 unbelegt sein. Wenn sich das Sensor-Ausgangssignal stabilisiert hat, können die Nullwerte wiederhergestellt werden. Diese Prozedur kann auch verwendet werden, um den Verschleiß des Sensors zu kompensieren, der im Laufe der Zeit auftritt.
Wie oben erörtert wurde, empfängt die ECU 60 (in 14 schematisch gezeigt) Signale von den Gewichtssensoren 68 und dem Sitzgurtkraftsensor 40 und verwendet diese Daten, um den Insassen 20 einzustufen. Die ECU 60 enthält drei (3) Hauptabschnitte: Spannungsregelung 60a, Mikroprozessorverarbeitung 60b und Datenübertragung 60c. Die Signale 66, 100, 102, 104 und 106 werden von der ECU 60 empfangen und verarbeitet, um einen Näherungswert für die Gewichtsklassifikation zu erhalten. Nachdem die ECU 60 eine Entscheidung getroffen hat, wird auf dem Datenübertragungsbus für das Fahrzeug eine Meldung für die ordnungsgemäße Benutzung platziert. Periodisch werden Diagnosen durchgeführt, um die Funktionstüchtigkeit von Komponenten wie beispielsweise dem Mikroprozessor, den Sensoren 40, 68, dem Datenübertragungsbus, der Eingangsspannung usw. zu überprüfen.
Nach dem Abschalten bleibt die ECU 60 vorzugsweise unter Spannung, um Systemkalibrierungen zum Nachstellen des im Laufe der Zeit auftretenden Offset vorzunehmen. Nach der Durchführung der Kalibrierungen kann die ECU 60 sich selbst und die Sensoren 40, 68 in den Schlafmodus versetzen, um Energie einzusparen.
Wie in den 15A und 15B dargestellt ist, enthält die ECU 60 vorzugsweise ein Kunststoffgehäuse 120 mit integrierten, eingegossenen und versiegelten Steckverbindern 122 zum Anschluss an die/zur Verbindung mit den Sensoren 40, 68. Diese Arten von Steckverbindern 122 erleichtern die Installation und die Verbindung der Schnittstellen.
Die von den Sensoren 68 aufgenommenen Messwerte können sich verändern, wenn der Insasse 20 seine Sitzposition wechselt, und sie können sich auch verändern, wenn das Fahrzeug bestimmte Manöver ausführt und auf verschiedenen Straßentypen fährt. Um eine konsistente und genaue Gewichtsklassifizierung zu liefern, muss der Klassifizierungsprozess diese Veränderungen herausfiltern. Die vorliegende Erfindung überwacht das für den Insassen ermittelte Gewicht und vergleicht das ermittelte Gewicht mit einer Reihe von Gewichtsklassenschwellenwerten, um einen einzelnen Klassifizierungs-Probenwert zu bestimmen. Ein Verlauf dieser Klassen-Probenwerte wird beobachtet und in der ECU 60 aufgezeichnet. Sobald eine vorgegebene Anzahl von konsistenten und aufeinanderfolgenden Probenwerten beobachtet wird, wird der Klassen-Probenwert als die Gewichtsklasse des Insassen übernommen. Im Laufe der Zeit werden eine Vielzahl von Vergleichen zwischen dem ermittelten Gewicht und den Gewichtsklassen-Schwellenwerten durchgeführt.
Jeder Gewichtsklasse werden ein vorgegebener oberer Schwellenwert und ein vorgegebener unterer Schwellenwert zugewiesen. Die Anzahl und die Werte für die oberen und unteren Schwellenwerte können verändert werden. Jeder Gewichtsklassen-Probenwert wird durch Vergleichen des für den. Insassen ermittelten Gewichtswerts mit den Schwellenwerten der vorangegangenen Gewichtsklassen-Probe bestimmt. Wenn der ermittelte Gewichtswert zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert für diese vorangegangene Klasse liegt, wird der aktuelle Klassen-Probenwert auf denjenigen des letzten Probenwertes gesetzt. Wenn der ermittelte Gewichtswert nicht zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert für diese vorherige Klasse liegt, wird je nachdem, welcher Schwellenwert überquert wurde, entweder die Gewichtsklasse über oder die Gewichtsklasse unter der vorherigen Gewichtsklasse zur aktuellen Gewichtsklasse erklärt. Vorzugsweise wird für jede Iteration eine Änderung nur um einen Inkrementalwert der Gewichtsklasse zugelassen. Wenn pro Iteration nur die Änderung um eine Klasse zugelassen wird, wird eine Glättung der Übergänge zwischen den Klassen erzielt.
Der obere und der untere Schwellenwert für jede Klasse ändert sich in Abhängigkeit davon, ob sich der Prozess im Verfolgungsmodus oder im Übernahmemodus befindet. Wenn das System eine bestimmte Gewichtsklasse übernommen hat, wird der Trennabstand zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert für diese Gewichtsklasse vergrößert, um eine größere Hysterese zu erzielen. Wenn im Übernahmemodus die Hysterese vergrößert wird, ist es schwieriger, die Gewichtsklassenbezeichnung zu ändern oder freizugeben.
Dadurch ist es möglich, ungewollte Gewichtsklassen-Änderungen, d.h. durch schlechte Straßenverhältnisse oder Veränderungen der Sitzposition des Insassen hervorgerufene Fehler, herauszufiltern. 11 zeigt die Beziehung zwischen den Schwellenwerten beim Verfolgungs- und beim Übernahmemodus. Man beachte, dass der obere und der untere Schwellenwert für die Gewichtsklasse zwei (2) im Verfolgungsmodus dichter beieinander liegen als der obere und der untere Schwellenwert für die Gewichtsklasse zwei (2) im Übernahmemodus. Folglich wird der obere Schwellenwert der Gewichtsklasse zwei (2) erhöht, und der untere Schwellenwert abgesenkt, wenn die Klasse zwei (2) die übernommene Klasse ist.
12 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zur Ermittlung der aktuellen Gewichtsklassen-Probenwerte zeigt. Wenn der Prozess gestartet wird, wird ermittelt, ob sich der Prozess im Verfolgungs- oder im Übernahmemodus befindet. Wenn sich der Prozess im Verfolgungsmodus befindet, wird das aktuelle ermittelte Gewicht mit dem unteren Verfolgungsschwellenwert der vorherigen Klasse verglichen. Wenn das aktuelle ermittelte Gewicht kleiner als der untere Verfolgungsschwellenwert der vorherigen Klasse ist, wird die nächstniedrigere Gewichtsklasse zur aktuellen Gewichtsklasse erklärt. Wenn das aktuelle ermittelte Gewicht nicht kleiner als der untere Verfolgungsschwellenwert der vorherigen Klasse ist, wird das ermittelte Gewicht mit dem oberen Verfolgungsschwellenwert der vorherigen Klasse verglichen. Wenn das aktuelle ermittelte Gewicht größer als der obere Verfolgungsschwellenwert der vorherigen Klasse ist, wird die nächsthöhere Gewichtsklasse zur aktuellen Gewichtsklasse erklärt. Wenn das aktuelle ermittelte Gewicht nicht größer als der obere Verfolgungsschwellenwert der vorherigen Klasse ist, wird die aktuelle Gewichtsklasse die gleiche wie die vorherige Gewichtsklasse. Ein ähnliches Verfahren wird verwendet, wenn sich der Prozess im Übernahmemodus befindet, mit der Ausnahme, dass das aktuelle ermittelte Gewicht mit den oberen und unteren Übernahmeschwellenwerten der vorherigen Klasse verglichen wird.
Wenn der Prozess jede Iteration durchläuft, wird ein Verlauf der Vergleiche zwischen dem ermittelten Gewicht und den Gewichtsklassen-Schwellenwerten beobachtet und aufgezeichnet, siehe 13. Die Gewichtsklassen-Probenwerte werden überwacht und auf Wiederholung des gleichen Klassen-Probenwertes durchsucht. Der Prozess beginnt mit dem Zählen oder Verfolgen aufeinanderfolgender Probenwerte der gleichen Gewichtsklasse. Wenn ein nichtkonsistenter Probenwert beobachtet wird, wird der Zählwert auf null zurückgesetzt. Wenn eine vorgegebene Anzahl von konsistenten und aufeinanderfolgenden Probenwerten beobachtet wird, wird diese beobachtete Gewichtsklasse übernommen. Wenn eine Klasse übernommen wurde, bleibt sie die dem Insassen zugewiesene Gewichtsklasse, bis eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Gewichtsklassen-Probenwerten oberhalb oder unterhalb der übernommenen Klasse beobachtet wird. Wenn der übernommene Wert verloren geht, startet der Prozess wieder mit dem Verfolgen einer Anzahl aufeinanderfolgender Gewichtsklassen, und der Prozess wiederholt sich. Der Ausgabewert ist in Abhängigkeit vom Modus entweder die verfolgte oder die übernommene Gewichtsklasse. Wenn eine Klasse übernommen wird, ist die übernommene Klasse die ausgegebene Klasse. Wenn eine Klasse nicht übernommen wird, ist die Verfolgungsgewichtsklasse die ausgegebene Klasse. Mit der Verfolgungs/Übernahme-Funktion können Klassenänderungen, die durch Veränderungen der Sitzposition der Insassen 20, durch schlechte Straßenverhältnisse und plötzliche Fahrzeugmanöver wie z.B. Kurvenfahren oder Bremsen hervorgerufen werden, herausgefiltert werden.
Die Aktualisierungsrate für die Klasse ist vorzugsweise etwa eine Aktualisierung pro Sekunde, und die Verzögerung für die Übernahme einer Gewichtsklasse beträgt mindestens fünf (5) Sekunden. Vorzugsweise liegt die Übernahmeverzögerung zwischen etwa fünf (5) und sieben (7) Sekunden. Durch diese Verzögerungszeiten werden momentane Vorkommnisse, durch die eine Gewichtskraft auf den Sitz aufgebracht oder von ihm entfernt wird, z.B. durch schlechte Straßenverhältnisse oder Bewegungen des Insassen auf dem Sitz, herausgefiltert. Diese momentanen Vorkommnisse sind typischerweise für Grenzfälle von Bedeutung. Wenn während einer Dauer von fünf bis sieben Sekunden die gleiche Gewichtsklasse berechnet wird, wird die Klasse übernommen. Dadurch wird das Bestimmungsfenster für die aktuelle Gewichtsklasse vergrößert. Ein Gewicht außerhalb des Fensters muss fünf bis sieben Sekunden lang anstehen, damit die Gewichtsklasse freigegeben und geändert wird. Diese Zeiten können bei der Kalibrierung eingestellt werden. Bei einem freigegebenen System können Gewichtsklassen jede Sekunde geändert werden. Dies sind zwar bevorzugte Zeitspannen, es sollte jedoch klar sein, dass diese Zeitspannen je nach Anwendung verschieden sein können.
Ein Flussdiagramm, das das Gewichtsklassifizierungssystem zusammenfasst, wird in 16 dargestellt. Die Gewichtssensoren 68a bis 68d erzeugen Gewichtssignale 102 bis 106, die dem auf eine Sitzfläche 18 an der betreffenden Sensorposition einwirkenden Gewicht proportional sind. Die vorderen Sensoren 68a, 68c werden kombiniert, um ein Gewichtssignal 130 des vorderen Abschnitts zu erhalten, und die hinteren Sensoren 68b und 68d werden kombiniert, um ein Gewichtssignal 132 des hinteren Abschnitts zu erhalten. Die Gewichtssignale 130 und 132 des vorderen bzw. hinteren Abschnitts werden zur Bestimmung des Schwerpunkts miteinander verglichen. Das von einem Insassen vorläufig ermittelte Gewicht wird sodann genau bestimmt durch Verwendung verschiedener Kompensationsfaktoren, darunter Daten vom Sitzgurtkraftsensor 40, der Schwerpunkt und die kombinierten Gewichtsdaten von allen Gewichtssensoren 68a bis 68d. Die justierte Gewichtsbezeichnung wird anschließend durch einen oben erörterten Prozess zur Klassifizierung eines Insassen verwendet.
Die Anzahl der Klassen und der Schwellenwerte kann mit vorgegebenen Anforderungen korreliert werden, die entsprechend unterschiedlichen Spezifikationen und Fahrzeugtypen variieren. Ein Beispiel einer Gruppe von Gewichtsklassen ist das folgende. Wenn sich bei der Gewichtsbestimmung ein Wert von weniger als 8 kg ergibt, wird der Sitz als nichtbelegt erkannt, wenn der ermittelte Wert zwischen 8 und 30 kg liegt, zeigt das System an, dass sich ein Kind auf dem Sitz befindet, wenn der ermittelte Wert zwischen 30 und 60 kg liegt, zeigt das System an, dass sich auf dem Sitz ein kleiner Erwachsener befindet, und wenn sich bei der Gewichtsbestimmung ein Wert ergibt, der größer als 60 kg ist, zeigt das System an, dass auf dem Sitz ein großer Erwachsener sitzt.

Claims

Fahrzeuggewichts-Klassifikationssystem, das Folgendes umfasst: eine Sitzanordnung (12) mit einem Sitzrahmen zur Aufnahme einer Sitzfläche (18); eine Sitzgurtanordnung (22) zum Festschnallen eines Insassen auf der Sitzanordnung; mindestens einen Gewichtssensor, der an dem Sitzrahmen zur Erzeugung mindestens eines Gewichtssignals in Reaktion auf eine auf die Sitzfläche einwirkende Gewichtskraft befestigt ist; mindestens einen Sitzgurtkraftsensor zur Erzeugung eines Sitzgurtkraftsignals; eine elektronische Steuereinheit (58) zum Empfangen der Gewichtssignale und der Sitzgurtkraftsignale zur Bestimmung des Gewichts und des Schwerpunkts eines Insassen, wobei die Steuereinheit anhand des Gewichts und des Schwerpunkas des Insassen eine Insassenklassifizierung vornimmt und auf der Grundlage der Insassenklassifizierung ein Ausgangssteuersignal ausgibt; und ein Airbag-Modul(24)zum Empfangen des Ausgangssteuersignals zum Steuern der Entfaltung des Airbags auf der Grundlage der Insassenklassifizierung, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Reihe von Gewichtsklassendaten enthält, die in der elektronischen Steuereinheit speicherbar sind, wobei jede Gewichtsklasse einen oberen Schwellenwert und einen unteren Schwellenwert aufweist, wobei der Mikroprozessor ein Signal des ermittelten Gewichts auf der Grundlage der Verknüpfung der Vielzahl der Gewichtssignale erzeugt, das Signal des ermittelten Gewichts mit dem oberen und dem unteren Schwellenwert vergleicht, um diesem Signal eine entsprechende Gewichtsklassenbezeichnung zuzuweisen, und das ermittelte Gewichtssignal in eine spezifische Insassengewichtsklasse übernimmt, wenn eine vorgegebene Anzahl von konsistenten und aufeinanderfolgenden Klassenbezeichnungen stattfindet.
System nach Anspruch 1, wobei die Sitzanordnung eine Sitzbefestigung zum Anbringen am Fahrzeugboden enthält und wobei die Vielzahl von Gewichtssensoren einen ersten Sensor, der an der rechten vorderen Ecke der Sitzfläche zwischen dem Sitzrahmen und der Sitzbefestigung angebracht ist, und einen zweiten Sensor, der an der vorderen linken Ecke der Sitzfläche zwischen dem Sitzrahmen und der Sitzbefestigung angebracht ist, einen dritten Sensor, der an der hinteren rechten Ecke der Sitzfläche zwischen dem Sitzrahmen und der Sitzbefestigung angebracht ist, und einen vierten Sensor, der an der hinteren linken Ecke der Sitzfläche zwischen dem Sitzrahmen und der Sitzbefestigung angebracht ist, umfasst.
System nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Gewichtssignalen ein erstes Gewichtssignal, das vom ersten Sensor (68a) erzeugt wird, ein zweites Gewichtssignal, das vom zweiten Sensor (68b) erzeugt wird, ein drittes Gewichtssignal, das vom dritten Sensor (68c) erzeugt wird, und ein viertes Gewichtssignal, das vom vierten Sensor (68a) erzeugt wird, umfasst, wobei das erste und das zweite Gewichtssignal verknüpft werden, um ein Gewichtssignal eines vorderen Gewichtsteils zu erzeugen, und wobei das dritte und das vierte Gewichtssignal verknüpft werden, um ein Gewichtssignal eines hinteren Gewichtsteils zu erzeugen, wobei die Signale des vorderen und des hinteren Gewichtsteils miteinander verglichen werden, um den Schwerpunkt zu bestimmen.
System nach Anspruch 3, wobei die Signale des vorderen Gewichtsteils und des hinteren Gewichtsteils verknüpft werden, um einen Anfangsgewichtswert eines Insassen zu erzeugen, und wobei die elektronische Steuereinheit den Anfangsgewichtswert eines Insassen auf der Grundlage des Sitzgurtkraftsignals und des Schwerpunkts modifiziert, um einen Endgewichtswert eines Insassen zu erzeugen, wobei das Ausgangssteuersignal auf der Grundlage des Endgewichtswerts eines Insassen erzeugt wird.
System nach Anspruch 2, wobei jeder der Gewichtssensoren ein Biegeelement enthält, das zwischen dem Sitzrahmen und der Sitzbefestigung angebracht ist, mindestens eine Dehnungsmessstreifenanordnung (52), die an dem Biegeelement angebracht ist, und eine integrierte Elektronikeinheit, um den Dehnungsmessstreifen elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit zu verbinden.
System nach Anspruch 5, wobei die Elektronikeinheit eine flexible Leiterplatine enthält, die an dem Biegeelement angebracht ist, und einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis zum Aufbereiten des Gewichtssignals, der von dem Biegeelement getragen wird.
System nach Anspruch 5, wobei das Biegeelement ein an dem Sitzrahmen anbringbares erstes Ende und ein an der Sitzbefestigung anbringbares zweites Ende und einen biegbaren mittleren Abschnitt (84) mit einer oberen Fläche (90) und einer unteren Fläche (92) enthält, wobei in der oberen Fläche oder der unteren Fläche eine Nut (112) ausgebildet ist, die sich längs der Breite des Biegeelements erstreckt, um die Dehnung in dem biegbaren mittleren Abschnitt zu lokalisieren.
System nach Anspruch 7, wobei die Dehnungsmessstreifenanordnung (52) an der jeweils anderen der oberen oder unteren Fläche angebracht ist und in die entgegensetzte Richtung der Nut 112 weist.
System nach Anspruch 5, wobei die elektronische Steuereinheit einen Spannungsregler, der mit einer Spannungsquelle verbunden werden kann, einen Mikroprozessor zum Analysieren der Gewichtssignale und der Sitzgurtkraftsignale sowie einen Datenübertragungsbus zum Datenaustausch mit dem Airbag-Steuermodul enthält.
System nach Anspruch 9, wobei die elektronische Steuereinheit ein Kunststoffgehäuse mit integrierten, eingegossenen und versiegelten Steckverbindern zum Verbinden mit der Spannungsquelle und der Elektronikeinheit enthält.
System nach Anspruch 2, wobei die Sitzgurtanordnung ein steifes Element (42) mit einem ersten Ende zum Halten eines Sitzgurtabschnitts und einem zweiten Ende zum Befestigen an der Fahrzeugstruktur enthält und wobei mindestens ein Sitzgurtkraftsensor mindestens eine Dehnungsmessstreifenanordnung umfasst, die an dem steifen Element zwischen dem ersten und dem zweiten Ende befestigt ist, um die Dehnung zu messen, die durch eine auf den Sitzgurtabschnitt einwirkende Zugkraft auf das besagte steife Element einwirkt.
System nach Anspruch 11, das einen elektrischen Verbinder enthält, der an dem steifen Element nahe des Dehnungsmessstreifens angebracht ist, zum Empfangen von Dehnungsmesswerten vom Dehnungsmessstreifen und zum Übertragen der Messwerte zur elektronischen Steuereinheit, um die Höhe der Zugkraft zu bestimmen.
System nach Anspruch 12, wobei das steife Element einen verjüngten Teil enthält, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende angeordnet ist und eine Breite aufweist, die geringer als die Breite des ersten und zweiten Endes ist, und wobei der Dehnungsmessstreifen an dem verjüngten Teil befestigt ist.
System nach Anspruch 13, wobei das erste Ende einen länglichen Schlitz für eine Schnallenbefestigung (46) an dem Sitzgurtabschnitt enthält und wobei das zweite Ende mindestens eine Öffnung zum Aufnehmen eines Befestigungselements mit der Fahrzeugstruktur enthält, wobei der elektrische Verbinder an dem steifen Element nahe des zweitens Endes zwischen der Öffnung und dem verjüngten Teil befestigt ist.
Verfahren zum Einstufen eines Insassen in eine Gewichtsklasse, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Messen einer Gewichtskraft eines Insassen, die auf die Sitzfläche ausgeübt wird, um ein Gewichtssignal zu erzeugen; (b) Messen einer Sitzgurtkraft, die durch das Anschnallen eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz mit einer Sitzgurtanordnung erzeugt wird, um ein Sitzgurtkraftsignal zu erzeugen; (c) Bestimmen des Schwerpunkts des Insassen auf der Grundlage des Gewichtssignals; (d) Einstufen des Insassen in eine vorgegebene Gewichtsklasse auf der Grundlage der Gewichts- und der Sitzgurtkraftsignale; (e) Erzeugen eines Ausgangssteuersignals auf der Grundlage der Einstufung des Insassen; und (f) Steuern der Entfaltung einer Sicherheitseinrichtung (24) über das Ausgangssteuersignal, dadurch gekennzeichnet, das der Schritt (d) Folgendes enthält: (d1) Erzeugen eines vorläufigen Gewichtswerts auf der Grundlage des Gewichtssignals; (d2) Vergleichen des vorläufigen Gewichtswerts mit einer Reihe von Gewichtsklassen, von denen jede mindestens einen Gewichtsklassenschwellenwert aufweist, um einen einzelnen Klassifizierungs-Probenwert zu bestimmen. (d3) Wiederholen der Schritte (d1) und (d2), bis eine vorgegebene Anzahl von einzelnen Klassifizierungs-Proben mit demselben Wert erreicht ist; (d4) Übernehmen des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts als die Gewichtsklasse des Insassen; und (d5) Erzeugen eines Insassengewichtsklassensignals.
Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren die folgenden Schritte enthält: (d6) Freigeben des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts, wenn eine vorgegebene Anzahl nichtübereinstimmender einzelner Klassifizierungs-Probenwerte auftritt; und (d7) Zurückkehren zu Schritt (a), wenn Schritt (d6) erfüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt (d2) des Weiteren die Zuweisung eines oberen Schwellenwerts und eines unteren Schwellenwerts zu jeder Gewichtsklasse, das Vergleichen des ermittelten Gewichts mit dem oberen und dem unteren Schwellenwert der letzten bekannten Gewichtsklasse und das Setzen des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts gleich der letzten bekannten Gewichtsklasse enthält, wenn der Wert des ermittelten Gewichts zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert der letzten bekannten Gewichtsklasse liegt.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner den Schritt des Setzens des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts gleich einer nächsthöheren Gewichtsklasse enthält, wenn das ermittelte Gewicht größer als der obere Schwellenwert der letzten bekannten Gewichtsklasse ist, oder Setzen des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts gleich einer nächstniedrigeren Gewichtsklasse, wenn das ermittelte Gewicht kleiner als der untere Schwellenwert der letzten bekannten Gewichtsklasse ist.
Verfahren nach Anspruch 18, das den Schritt des Erhöhens des oberen Schwellenwerts des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts um einen ersten vorgegebenen Betrag und das Herabsetzen des unteren Schwellenwerts des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts um einen zweiten vorgegebenen Betrag enthält, sobald der einzelne Klassifizierungs-Probenwert übernommen wurde.
Verfahren nach Anspruch 18, das den Schritt des Absenkens des oberen Schwellenwerts des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts um einen ersten vorgegebenen Betrag und das Erhöhen des unteren Schwellenwerts des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts um einen zweiten vorgegebenen Betrag enthält, nachdem der einzelne Klassifizierungs-Probenwert freigegeben wurde.
Verfahren nach Anspruch 16, das die folgenden Schritte enthält: Bereitstellen eines Verfolgungsmodus mit einer erstem Gruppe von Schwellenwerten für jede der Gewichtsklassen und eines Übernahmemodus mit einer zweiten Gruppe von Schwellenwerten für jede der Gewichtsklassen, die sich von der erstem Gruppe von Schwellenwerten unterscheidet; und Bestimmen, ob sich das Verfahren vor Schritt (d2) im Verfolgungsmodus oder im Übernahmemodus befindet.
Verfahren nach Anspruch 21, das den Schritt des Bereitstellens einer ersten Gruppe von Schwellenwerten mit einem oberen Verfolgungsschwellenwert und einem unteren Verfolgungsschwellenwert für jede der Gewichtsklassen und des Bereitstellens einer zweiten Gruppe von Schwellenwerten mit einem oberen Übernahmeschwellenwert, der größer als der obere Verfolgungsschwellenwert ist, und einen unteren Übernahmeschwellenwert enthält, dessen Wert kleiner als der untere Verfolgungsschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 22, das den Schritt des Beginnens im Verfolgungsmodus, das Einleiten des Übernahmemodus, wenn eine vorgegebene Anzahl von konsistenten und aufeinanderfolgenden einzelnen Klassifizierungs-Probenwerten erreicht ist, und den Übergang vom Übernahme- in den Verfolgungsmodus enthält, wenn eine vorgegebene Anzahl von inkonsistenten einzelnen Klassifizierungs-Probenwerten auftritt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt (d6) ferner den Schritt des Wartens von mindestens fünf Sekunden enthält, bevor der einzelne Klassifizierungs-Probenwert freigegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das den Schritt des Ausfilterns momentaner Vorkommnisse vor Schritt (d4) enthält.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei Schritt (d3) ferner das Wiederholen der Schritte (d1 und (d2) mindestens fünf Sekunden lang vor dem Freigeben des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts enthält.
Verfahren nach Anspruch 17, das den Schritt des Aktualisierens der Gewichtsklassenbestimmung mindestens einmal pro Sekunde vor dem Freigeben des einzelnen Klassifizierungs-Probenwerts enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Schritt (a) des Weiteren Folgendes enthält: Anbringen eines ersten Sensors am rechten vorderen Teil der Sitzfläche, um ein Gewichtssignal von rechts vorne zu erhalten; Anbringen eines zweiten Sensors am linken vorderen Teil der Sitzfläche, um ein Gewichtssignal von links vorne zu erhalten; Anbringen eines dritten Sensors am rechten hinteren Teil der Sitzfläche, um ein Gewichtssignal von rechts hinten zu erhalten; Anbringen eines vierten Sensors am linken hinteren Teil der Sitzfläche, um ein Gewichtssignal von links hinten zu erhalten; und Erzeugen des vorläufigen Gewichts auf der Grundlage der Gewichtssignale von rechts vorne, links vorne, rechts hinten und links hinten.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei Schritt (c) ferner die Verknüpfung der Gewichtssignale von rechts vorne und links vorne zur Erzeugung eines Gewichtssignals für den vorderen Teil und die Verknüpfung der Gewichtssignale von rechts hinten und links hinten zur Erzeugung eines Gewichtssignals für den hinteren Teil sowie den Vergleich der Signale für den vorderen und den hinteren Teil enthält, um den Schwerpunkt zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 29, das den Schritt des Erzeugens eines ersten Gewichtskompensationsfaktors auf der Grundlage des Sitzgurtkraftsignals enthält.
Verfahren nach Anspruch 30, das die Schritte des Erzeugens eines zweiten Gewichtskompensationsfaktors auf der Grundlage des Schwerpunkts und des Justierens des ermittelten Gewichts über den ersten und den zweiten Gewichtskompensationsfaktor enthält, um ein justiertes Insassengewicht zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das justierte Insassengewicht vor der Übernahme des einzelnen Klassifizierungs-Probenwertes bestimmt wird.