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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Kraftfahrzeug-Belegungssensorsysteme,
die zum Ermitteln des Vorhandenseins eines Gegenstandes oder eines
Fahrgastes in einem Sitz dienen, um einen Belegungszustand oder
ein Bedingungssignal für
den Einsatz mit einer Steuerung eines Sicherheitsrückhaltesystems
bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Besonderen auf
ein System zur Klassifizierung einer Sitzbelegung.
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Um
das Leben von Fahrgästen
bei einem Verkehrsunfall zu schützen,
sind moderne Fahrzeuge im Allgemeinen mit einem Schutzsystem ausgestattet,
dass mehrere Airbags und Sicherheitsgurtstraffer umfasst, die zum
Aufnehmen der Energie eines Fahrgastes eingesetzt werden, die infolge
des Unfalls beim Aufprall freigesetzt wird. Es ist klar, dass solche
Schutzsysteme am effektivsten sind, wenn sie gut auf die spezifischen
Anforderungen einer tatsächlichen
Sitzbelegung ausgelegt sind. Deshalb wurden mikroprozessorgesteuerte
Schutzsysteme entwickelt, die mehrere Betriebsmodi bereitstellen, was
beispielsweise u.a. eine Anpassung an den Moment erlaubt, an dem
die Airbags ausgelöst
werden, an das Volumen, auf das die Airbags aufgeblasen werden,
und an den Moment, an dem die Sicherheitsgurte nach dem Aufprall entriegelt
werden, und zwar in Abhängigkeit
der Statur eines Fahrgastes auf dem Sitz. Damit der Mikroprozessor
der Steuerung den optimalen Betriebsmodus für einen gegebenen Sitzbelegungsstatus
auswählen
kann, ist es selbstverständlich
erforderlich, einen oder mehrere Parameter zu erkennen, die den
Belegungsstatus des Sitzes charakterisieren, und die Belegung in
eine oder mehrere Klassen einzustufen, von denen jede einem spezifischen
Betriebsmodus des Rückhaltesystems
zugeordnet ist.
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Obwohl
der Verdienst der Airbags im Interesse der Fahrgastsicherheit größtenteils
anerkannt wird, gibt es Situationen, in denen das Auslösen eines
Airbags nicht erwünscht
ist oder schädlich
sein kann oder sogar eine ernste Gefahr darstellen kann. Um zum
Beispiel die Reparaturkosten für
das Fahrzeug zu verringern, sollte der einem Sitz zugeordnete Airbag
deaktiviert werden, wenn der entsprechende Sitz nicht belegt ist.
Das Vorhandensein eines Zusatzkindersitzes auf dem Beifahrersitz
kann außerdem
eine Situation darstellen, wo das Auslösen des Airbags deaktiviert
werden sollte. Für
die meisten Zusatzkindersitze, die in die zur Fahrtrichtung des
Fahrzeuges entgegengesetzte Richtung zeigen, d.h. für rückwärts gerichtete
Kindersitze, besteht das Risiko, dass durch das Auslösen des
Airbags das Kind zusammen mit dem Sitz mit einer Wucht zum Fond
des Fahrzeuges geschleudert wird und dies eine schwere Verletzung
hervorruft. Es folgt daraus, dass die Belegungsparameter für diese
Fälle auch
zuverlässig
erkannt werden müssen.
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Die
Erkennung lässt
sich z.B. durch Sitzbelegungssensoren erreichen, die eine Vielzahl
von Drucksensoren umfassen, die über
die Oberfläche des
Sitzes verteilt sind. Die Drucksensoren umfassen druckempfindliche
Widerstände,
d.h. der Widerstand dieser Drucksensoren ändert sich mit dem auf den Sensor
aufgebrachten Druck. Das Lesen der Widerstandswerte der einzelnen
Drucksensoren liefert somit eine Angabe über den Druck, der auf jede
Zelle wirkt und kann entsprechend mit dem Gewicht in Zusammenhang
gebracht werden, das auf den Sitz wirkt. Ferner kann die Verteilung
der Druckwerte über die
Oberfläche
des Sitzes mit der Größe oder
Gestalt einer Person oder der Größe oder
Form eines Gegenstandes, die bzw. der den Sitz belegt, in Zusammenhang
gebracht werden. Verschiedene Belegungssensoren zum Ermitteln eines
auf den Sitz wirkenden Druckprofils werden z.B. in WO-A-98/14345, WO-A-99/39168
und EP-A-O 891 898 offenbart.
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Das
Gesamtgewicht eines Fahrgastes wirkt jedoch nicht einzig und allein
auf die Sitzfläche,
da ein Teil des Gewichtes von den Füßen des Fahrgastes abgestützt wird,
die auf dem Boden des Fahrzeuges ruhen, und ein weiterer Teil ruht
auf der Rückenlehne
des Sitzes. Außerdem
können
die Verhältnisse zwischen
den verschiedenen Teilen in Abhängigkeit der
Position des Fahrgastes auf dem Sitz beachtlich variieren. In bestimmten
kritischen Sitzpositionen kann das vom Fahrgast hervorgerufene Druckmuster deshalb
nicht ausreichend diskret ausgeprägt sein, um eine Klassifizierung
durch die Verwendung eines Druckmustersystems zu gestatten.
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Ein
anderer Ansatz zum Erfassen relevanter Parameter einer Sitzbelegung
basiert auf der Erkennung der kapazitiven Kopplung eines Körpers mit
einer oder mehreren, im Sitz angeordneten Elektroden. Ein solches
Messsystem wurde beispielsweise in LU-A-88 828 beschrieben. Dieses
Messsystem umfasst mindestens eine Sendeelektrode und mindestens
eine Empfangselektrode, die durch einen leitenden Körper kapazitiv
gekoppelt sind. Die Empfangselektroden sind mit einer Analyseschaltung
verbunden, die die kapazitive Kopplung der Empfangsantenne mit dem
leitenden Körper
ermittelt, indem das gemessene Signal mit einem Referenzsignal verglichen
wird. Es wurden verschiedene andere Systeme offenbart, bei denen
Elektroden an verschiedenen Orten im Fahrzeuginnenraum angeordnet
sind, um das Vorhandensein und/oder die Art einer Sitzbelegung zu
erkennen und den Belegungsstatus in eine oder mehrere Klassen einzustufen.
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In
US-A-5525843 werden die Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch
1 offenbart.
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Aufgabe der
Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes System für die Erkennung
einer Sitzbelegung bereitzustellen.
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Allgemeine
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erkennung
einer Sitzbelegung in einem Fahrzeug, umfassend eine erste und eine
zweite kapazitive Elektrode, wobei die erste und die zweite kapazitive
Elektrode in einem Innenraum des Fahrzeuges angeordnet sind, und
eine Treiber- und Auswerteschaltung, die mit der ersten und der
zweiten Elektrode betreibbar verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist die erste
kapazitive Elektrode in einem Sitz des Fahrzeuges angeordnet, während die
zweite kapazitive Elektrode in einem Fußbereich des Fahrzeuges angeordnet
ist; und die Treiber- und Auswerteschaltung umfasst Mittel zum Treiben
der ersten kapazitiven Elektrode und Ermitteln einer kapazitiven Kopplung
mit einem Körper
oder Gegenstand, der auf dem Sitz platziert ist, sowie Mittel zum
Treiben der zweiten Elektrode und Ermitteln einer kapazitiven Kopplung
zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode.
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Die
vorliegende Erfindung stellt somit ein Felderkennungssystem bereit,
das in zwei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann:
- – Im
so genannten Lastmodus wird die erste, im Sitz des Fahrzeuges angeordnete
Elektrode durch eine Wechselspannung einer ersten Frequenz angesteuert
und die kapazitive Kopplung mit einem elektrisch leitenden Körper oder
Gegenstand ermittelt. Diese Kopplung hängt von den dielektrischen
Eigenschaften des Körpers
oder Gegenstandes ab, der auf dem Sitz platziert ist. Wenn der Sitz
nicht belegt ist, d.h. wenn kein elektrisch leitender Gegenstand
vorhanden ist, tritt keine wesentliche kapazitive Kopplung auf.
Wenn dagegen der Sitz von einer erwachsenen Person belegt wird,
ist die kapazitive Kopplung höher
als für
den Fall, dass ein Kind auf dem Sitz sitzt. Außerdem hängt die kapazitive Kopplung
vom Abstand zwischen der ersten Elektrode und dem leitenden Körper so
ab, dass ein Kind, das in einem Zusatz-Kinderrückhaltesystem sitzt, ein kleineres Signal
liefert als ein Kind, das direkt auf der Sitzfläche des Sitzes sitzt. Wenn
andererseits der Kindersitz ein Metallgestell oder sonstige Metallteile enthält, ist
das Signal, das bei der Lastmodusmessung gewonnen wird, viel höher als
das Signal, das beim Vorhandensein einer erwachsenen Person erzeugt
wird. Es folgt daraus, dass sehr kleine Signale und sehr große Signale
auf das Vorhandensein eines Kindersitzes auf dem Sitz schließen lassen.
Das Vorhandensein eines Zusatzkindersitzes kann somit zuverlässig erkannt werden,
wobei der Pegel des Signals sogar die Unterscheidung zwischen verschiedenen
Typen von Kindersitzen gestattet. Die bei der Nutzung des Lastmodus
der Vorrichtung ermittelte kapazitive Kopplung kann deshalb zum
Klassifizieren der Sitzbelegung eingesetzt werden.
- – Im
so genannten Kopplungsmodus wird die zweite Elektrode, die im Fußbereich
des Fahrzeuginnenraumes angeordnet ist, durch eine Wechselspannung
einer zweiten Frequenz angesteuert und die kapazitive Kopplung zwischen
der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode ermittelt. Diese
kapazitive Kopplung wird durch das Vorhandensein eines elektrisch
leitenden Körpers zwischen
der ersten und der zweiten Elektrode und dem Abstand dieses Körpers von
den jeweiligen Elektroden stark beeinflusst. Mit anderen Worten:
Die Kopplungsmodusmessung liefert eine zuverlässige Information darüber, ob
ein leitender Gegenstand, der auf dem Sitz positioniert ist, in
den Fußraum
hineinragt, wie dies z.B. bei den Beinen und Füßen eines erwachsenen Insassen
der Fall ist. Kinder erzeugen somit bei Kopplungsmodusmessungen
sehr kleine Signalpegel, da ihre Füße in vielen Sitzpositionen
nicht bis hinunter auf den Boden reichen. Die Unterscheidung zwischen
Erwachsenen und Kindern ist folglich bei vielen Sitzpositionen in
einem sehr effizienten Maße
möglich. Sogar
bei solchen kritischen Positionen, wo ein Insasse den Druck auf
den Sitz vermindert, indem er sich mit dem Dachgriff hochzieht oder
sich selbst zwischen der Sitzrückenlehne
und dem Boden verkeilt, befindet sich der Insasse nahe genug an
beiden Teilen des Felderkennungssystems, um ein großes Kopplungssignal
zu erzeugen, das sich daher erkennen und korrekt klassifizieren
lässt.
Wenn andererseits ein Kindersitz auf dem Sitz platziert ist, tritt
keine kapazitive Kopplung zwischen der zweiten und der ersten Elektrode
auf. Es folgt daraus, dass wenn die Lastmodusmessung anzeigt, dass
ein Gegenstand auf dem Sitz platziert ist, das Vorhandensein eines
Kopplungssignals zwischen den zwei Elektroden eine zuverlässige Angabe
darüber
liefert, dass der erkannte Gegenstand ein Kindersitz ist.
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Indem
das vorliegende System abwechselnd im Last- und im Kopplungsmodus
betrieben wird, lassen sich die Ergebnisse der zwei Modi kombinieren, um
eine zuverlässige
Klassifizierung der Sitzbelegung sicherzustellen. Es wird anerkannt
werden, dass sich das System für
die Erkennung einer Sitzbelegung mit identischen Wechselspannungen
sowohl im Lastmodus als auch im Kopplungsmodus oder mit verschiedenen
Wechselspannungen und/oder verschiedenen Wechselstromfrequenzen
im Lastmodus und im Kopplungsmodus betreiben lässt. Es ist ferner anzumerken,
dass für
einen oder jeden Betriebsmodus, die Wechselstromfrequenz während eines Messzyklus
innerhalb eines spezifischen Bereiches variiert werden kann, um
Rauschen oder Störsignale, das
bzw. die mit einer spezifischen Frequenz im Zusammenhang steht/stehen,
zu eliminieren. Indem die Wechselstromfrequenzen innerhalb eines
spezifischen Bereiches abgetastet werden, kann das System so abgestimmt
werden, dass man ein optimales Signal erhält, was somit eine robustere
Unterscheidung des tatsächlichen
Sitzbelegungsstatus zur Folge hat.
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Bei
der Ausführung
des Lastmodus wird die Kopplung mit einem elektrisch leitenden Körper vorzugsweise
dadurch ermittelt, dass ein Laststrom, der von der ersten Elektrode
abfließt,
gemessen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen
die Mittel zum Ermitteln einer kapazitiven Kopplung mit einem, auf
dem Sitz platzierten Gegenstand deshalb Mittel zum Messen eines
Laststromes, der von der ersten Elektrode abfließt.
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Bei
der Ausführung
des Kopplungsmodus kann die kapazitive Kopplung zwischen der zweiten und
der ersten Elektrode dadurch ermittelt werden, dass ein Kopplungsstrom,
der in die erste Elektrode fließt,
gemessen wird. Folglich umfassen die Mittel zum Ermitteln einer
kapazitiven Kopplung zwischen der zweiten Elektrode und der ersten
Elektrode vorzugsweise Mittel zum Messen eines Kopplungsstromes,
der in die erste Elektrode fließt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die zweite Elektrode unter einem Bodenteppich
des Fahrzeuges angeordnet. In dieser Position ist die zweite Elektrode
nicht sichtbar und gegen den mechanischen Verschleiß durch
den Fahrzeuginsassen gut geschützt.
Es ist anzumerken, dass der Messfehler, der durch Wasser auf dem
Bodenteppich hervorgerufen wird, beim vorliegenden Erkennungssystem
dadurch minimiert wird, dass das Kopplungsmodussignal nur in einer
Richtung gemessen wird, d.h. die Bodenelektrode nur als Sender verwendet
wird und an der ersten Elektrode das spezifisch modulierte Signal
gemessen wird.
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Um
zu verhindern, dass die zweite Elektrode aus ihrer Betriebsposition
verschoben wird, ist die zweite Elektrode vorzugsweise im Fahrzeuginnenraum
befestigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Elektrode
z.B. am Bodenteppich durch Kleben, Heißkleben, ein Schäumverfahren oder
jede sonstige Fügetechnik
angebracht.
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Die
zweite Elektrode kann z.B. eine Metallfolie, ein Metalldrahttextil,
ein metallbeschichtetes Textil oder Vlies und/oder einen metallbeschichteten thermoplastischen
Film umfassen. In diesem Zusammenhang ist der Ausdruck „Textilmaterial" so zu verstehen,
dass er ein gewebtes, gestricktes oder nicht gewebtes Material umfasst.
Es ist anzuerkennen, dass die zweite Elektrode ein integraler Bestandteil des
Teppichbodens sein kann. Die zweite Elektrode kann eine Metallbeschichtung
des Bodenteppichs (vorzugsweise auf dessen unterer Fläche) oder
eine Vielzahl von Metallfasern umfassen, die gewebt oder sonst wie
in den Teppich integriert sind.
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Um
die Elektrode gegen die Umgebungsbedingungen zu schützen, kann
die zweite Elektrode außerdem
eine Schutzabdeckung umfassen. Die zweite Elektrode kann beispielsweise
gegen die Umgebung durch eine Schutzumhüllung geschützt werden, die aus einem thermoplastischen
Film, aus Gummi oder einem sonstigen Kunststoffmaterial oder durch
Einschäumen
gefertigt ist.
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Die
erste Elektrode kann in die Rückenlehne des
Sitzes integriert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist die erste Elektrode jedoch in der Sitzebene des Sitzes angeordnet.
Diese Anordnung stellt eine zuverlässige Erkennung des Vorhandenseins
einer Person auf dem Sitz sogar sicher, wenn die Person sich nach
vorne beugt und somit mit der Rückenlehne
des Sitzes nicht in Kontakt ist.
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Die
erste Elektrode umfasst vorzugsweise mindestens eine Fühlelektrode
und mindestens eine Abschirmelektrode, wobei die Fühlelektrode
in einer gegenüber
stehenden Beziehung zur Abschirmelektrode angeordnet ist, wobei
die Fühlelektrode
hin zu einem, auf dem Sitz platzierten Gegenstand gerichtet ist,
und wobei die Abschirmelektrode weg von dem Gegenstand gerichtet
ist. Im Betrieb wird die Abschirmelektrode mit der gleichen Wechselspannung
als die Fühlelektrode
gespeist. Es folgt daraus, dass das elektrische Feld, das von der
Fühlelektrode
ausgeht, nur hin zu einem möglichen
Insassen auf dem Sitz und nicht hin zum Boden des Fahrzeuges gerichtet ist.
Die Erkennung eines leitenden Gegenstandes unter dem Sitz wird somit
verhindert.
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Die
Fühlelektrode
und/oder die Abschirmelektrode der zweiten Elektrode selbst können/kann eine
Metallfolie, ein Metalldrahttextil, ein metallbeschichtetes Textil
oder Vlies und/oder einen metallbeschichteten thermoplastischen
Film umfassen. In diesem Zusammenhang ist der Ausdruck „Textilmaterial" so zu verstehen,
dass er ein gewebtes, gestricktes oder nicht gewebtes Material umfasst.
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Bei
einer bevorzugtesten Ausführungsform eines
Systems zur Erkennung einer Sitzbelegung wird ein Felderkennungssystem,
wie es oben beschrieben wurde, mit einer Vorrichtung für die Erkennung
eines Druckprofils, das durch einen Gegenstand oder eine Person
auf dem Sitz ausgeübt
wird, kombiniert. Dies bedeutet, dass das System zur Erkennung einer
Sitzbelegung außerdem
eine Druckfühlmatte
umfasst, die im Sitz des Fahrzeuges angeordnet ist. Solche druckempfindlichen
Matten sind im Fachgebiet allgemein bekannt und werden üblicherweise
zur Erkennung der Sitzbelegung verwendet (siehe z.B. WO-A-98/14345, WO-A-99/39168
und EP-A-O 891 898). Die Messdaten des Felderkennungssystems und
der Druckfühlmatte
werden vorzugsweise einem kombinierten Auswerte- und Klassifizierungsalgorithmus
zugeführt,
um eine sehr zuverlässige
Klassifizierung der tatsächlichen
Sitzbelegung bereitzustellen. Dieser Klassifizierungsalgorithmus
kann z.B. in der Treiber- und Auswerteschaltung des Felderkennungssystems
implementiert werden, wobei in diesem Fall die Druckfühlmatte
vorteilhafterweise mit der Treiber- und Auswerteschaltung betreibbar
verbunden ist. Die Kombination des Felderkennungssystems und der
Druckfühlmatte
erhöht
die Robustheit der Sitzbelegungsklassifizierung vorteilhaft, da
die von einem der Systeme erhaltene Klassifizierung vom zweiten
System überprüft werden kann.
Beispielsweise wird das typische Druckprofil, das von Kindersitzen
erzeugt wird, durch die Druckfühlmatte
erkannt und kann dazu verwendet werden, die „Kindersitz"-Klassifizierung
zu bestätigen,
die durch den Lastmodus- und Kopplungsmodusbetrieb der Felderkennung
erhalten wurde. Somit lässt
sich die Zuverlässigkeit
der Klassifizierung beachtlich verbessern.
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Es
ist anzumerken, dass bei einem kombinierten Feld- und Druckerkennungssystem
die erste Elektrode vorzugsweise auf einer Oberseite der Druckfühlmatte
angebracht ist. Die erste Elektrode kann z.B. auf der Druckfühlmatte
durch Heißkleben eines
leitenden Vlieses oder Textilmaterials als Abschirmelektrode auf
einer der Trägerfolien
einer Druckfühlmatte
befestigt werden. Die erste Elektrode und die Druckfühlmatte
bilden somit eine einzige Einheit, die leicht gehandhabt und in
den Sitz montiert werden kann. Alternativ dazu kann die Abschirmelektrode
der ersten Elektrode durch eine metallische Beschichtung gebildet
werden, die auf die obere Trägerfolie
der Druckfühlmatte
aufgebracht wird. Danach werden die Isolationsschicht und die Fühlelektrode oben
auf der metallischen Beschichtung angebracht.
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Um
zu verhindern, dass die erste Elektrode sich aus ihrer Betriebsposition
verschiebt, wird die erste Elektrode vorzugsweise am Fahrzeugsitz
befestigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Elektrode
z.B. an einem Sitzbezug oder an einer Sitzpolsterung des Sitzes
durch Kleben, Heißkleben,
Nähen oder
eine sonstige Fügetechnik
angebracht. Bei einer weiteren Ausführungsform werden in einem
Schäumverfahren
die erste Elektrode und möglicherweise
die Druckfühlmatte
direkt in eine Sitzpolsterung des Sitzes integriert.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die erste Elektrode durch ein Sitzheizelement
ausgebildet. Das Sitzheizelement besteht gewöhnlich aus mindestens einem
Metalldraht oder mindestens einer Kohleleiterbahn, der bzw. die
in einer Mäanderform
auf einem geeigneten Trägermaterial
angeordnet ist. Alternativ dazu kann die Sitzheizung eine Vielzahl
von Leiterbahnen auf einem Trägermaterial
umfassen. Im Betrieb wird das leitende Heizelement mit einem Gleichstrom
gespeist, um die Wärme
zu produzieren, die zum Heizen der Sitzfläche erforderlich ist. Wenn
das Heizelement mit einem Wechselstrom gespeist wird, kann das Heizelement
für die
erste Elektrode als Fühlelektrode
fungieren.
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Wenn
eine Sitzheizung zusammen mit einer Druckfühlmatte eingesetzt wird, muss
das Heizelement oben auf eine Druckfühlmatte platziert werden. Für die vorliegende
Erfindung lässt
sich diese Anordnung vorteilhaft einsetzen, wenn die Sitzheizung
als Fühlelektrode
fungiert. Die Anordnung ist vorzugsweise so, dass eine leitende
Abschirmelektrode auf der Trägerfolie
der Druckfühlmatte
befestigt wird und die Sitzheizung genutzt wird, die oben auf die
Abschirmelektrode als Fühlelektrode
platziert wird. Die Nutzung der Sitzheizung als Fühlelektrode
zusammen mit einer leitenden Gewebe/Textil-Abschirmelektrode, die
direkt an der druckempfindlichen Matte angebracht ist, verringert
den Aufwand für
das Verfahren, gestattet eine kompakte Baugruppe des Systems sowie
eine schnelle und einfache Integration in den Autositz.
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Um
die Umgebungsbedingungen, unter denen die erste Elektrode betrieben
wird, zu erkennen und um, falls erforderlich, die Sensorwerte zu
korrigieren, umfasst die Treiber- und Auswerteschaltung vorzugsweise
Mittel zur Widerstandsmessung zwischen der mindestens einen Fühlelektrode
und der mindestens einen Abschirmelektrode. Der Widerstand zwischen
den zwei Elektroden ist sehr stark von der Feuchtigkeit einer zwischen
der Fühl-
und der Abschirmelektrode angeordneten Isolationsschicht abhängig. Indem
der Widerstand zwischen zwei Elektroden ermittelt wird, ist es somit
möglich, zu überwachen,
ob die erste Elektrode unter optimalen Umgebungsbedingungen arbeitet.
Wenn solche optimalen Bedingungen nicht vorliegen, können die erfassten
kapazitiven Kopplungswerte, die mit der ersten Elektrode gemessen
wurden, entsprechend korrigiert werden oder es kann ein Fehlfunktionssignal
erzeugt werden. Darüber
hinaus kann ein zusätzlicher,
separat gespeister, Elektrodendraht, der um die äußere Kontur der Elektrode herum
angeordnet ist, zum Messen der Leckströme eingesetzt werden, die zum
Sitzgestell fließen.
Wenn ein solcher Leckstrom einen spezifischen Schwellwert überschreitet, kann
ein Fehlfunktionssignal erzeugt werden und die Vorrichtung kann
z.B. deaktiviert werden, um das System gegen weitere Schäden zu schützen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur
Erkennung einer Sitzbelegung in einem Fahrzeug, das die folgenden Schritte
umfasst:
- a) Treiben einer ersten kapazitiven
Elektrode, die in einem Sitz des Fahrzeuges angeordnet ist, und Ermitteln
einer kapazitiven Kopplung mit einem, auf dem Sitz platzierten Gegenstand;
und
- b) Treiben einer zweiten kapazitiven Elektrode, die im Fußbereich
des Fahrzeuges angeordnet ist, und Ermitteln einer kapazitiven Kopplung
zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst dieses Verfahren außerdem
den Schritt des Ermittelns eines Druckprofils, das von einem Gegenstand
ausgeübt
wird, der auf dem Sitz platziert ist.
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Die
ermittelte kapazitive Kopplung mit einem Gegenstand, die ermittelte
kapazitive Kopplung zwischen der zweiten Elektrode und der ersten
Elektrode und das ermittelte Druckprofil werden vorzugsweise einem
kombinierten Sitzbelegungs-Klassifizierungsalgorithmus zugeführt.
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Detaillierte
Beschreibung in Bezug auf die Figuren
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung von
mehreren, nicht einschränkenden
Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen offensichtlicher, wobei
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1:
eine schematische Darstellung des Messprinzips einer Vorrichtung
zum Erkennen der Sitzbelegung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2:
eine Elektrodenbaugruppe zeigt, die als Sitzelektrode eingesetzt
wird;
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3:
einen Aufbau zum Messen der Umgebungsbedingung zeigt.
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1 stellt
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Erkennen der Sitzbelegung gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch dar. Die Vorrichtung umfasst ein Felderkennungssystem,
das eine erste Elektrode 1, die im Sitz 22 des
Fahrzeuges angeordnet ist, und eine zweite Elektrode 2,
die in einem Fußbereich
des Fahrzeuginnenraums angeordnet ist, umfasst. Die erste Elektrode 1,
oder Sitzelektrode, ist vorzugsweise in der Sitzebene des Sitzes 22 angeordnet,
während
die zweite Elektrode 2, oder Fußelektrode, unter einem Bodenteppich
des Fahrzeuginnenraumes angeordnet sein kann.
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Die
erste und die zweite Elektrode 1, 2 sind mit einer
Treiber- und Auswerteschaltung 20 betreibbar verbunden,
die eine integrale Komponente eines Airbag-Steuergerätes (nicht
dargestellt) sein kann. Alternativ dazu ist die Treiber- und Auswerteschaltung
mit dem Airbag-Steuergerät
betreibbar verbunden, um Daten zu liefern, die mit einer Belegungsklassifizierung
für das
Airbag-Steuergerät
im Zusammenhang stehen.
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Die
Treiber- und Auswerteschaltung 20 umfasst Mittel 4 zum
Treiben der ersten kapazitiven Elektrode 1 und Mittel 6 zum
Ermitteln einer kapazitiven Kopplung mit einem leitenden Körper oder
Gegenstand, der auf dem Sitz 22 platziert ist. Die Mittel 4 zum
Treiben der ersten kapazitiven Elektrode 1 umfassen z.B.
eine Wechselspannungsquelle 4 zum Erzeugen eines Wechselstromsignals
mit einer Frequenz f2. Die Mittel 6 zum Ermitteln einer
kapazitiven Kopplung mit einem leitenden Körper oder Gegenstand, der auf
dem Sitz 22 platziert ist, können einen Strommesser 6 zum
Messen eines Laststromes umfassen, der von der ersten Elektrode 1 aus
hin zu einem Gegenstand fließt,
der auf dem Sitz platziert ist, wenn die erste Elektrode 1 mit
einer Wechselstromquelle 4 angesteuert wird.
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Darüber hinaus
umfasst die Treiber- und Auswerteschaltung 20 Mittel 3 zum
Treiben der zweiten Elektrode 2 und Mittel 5 zum
Ermitteln einer kapazitiven Kopplung zwischen der zweiten Elektrode 2 und
der ersten Elektrode 1. Die Mittel 3 zum Treiben der
zweiten Elektrode 2 umfassen z.B. eine Wechselspannungsquelle 3 zum
Erzeugen eines Wechselstromsignals mit einer Frequenz f1. Die Mittel 5 zum Ermitteln
einer kapazitiven Kopplung zwischen der zweiten Elektrode 2 und
der ersten Elektrode 1 können einen Strommesser 5 zum
Messen eines Kopplungsstromes umfassen, der von der zweiten Elektrode 2 aus
in die erste Elektrode 1 fließt, wenn die zweite Elektrode 2 durch
eine Wechselstromquelle 3 angesteuert wird.
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Abwechselnde
Messungen von unterschiedlich modulierten elektrischen Feldern zwischen
der Sitzelektrode 1 und der Fahrzeugkarosserie bzw. der Bodenelektrode 2 und
der Sitzelektrode 1 liefern eine Information darüber, ob
ein leitender Gegenstand auf dem Sitz positioniert ist und ob der
leitende Gegenstand in den Fußraum
hineinragt, wie dies z.B. bei den Beinen und Füßen eines erwachsenen Insassen der
Fall ist.
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Im
Betrieb werden die Elektroden 1 und 2 wie folgt
eingesetzt:
- – In einem so genannten Lastmodus
wird die erste Elektrode 1 durch eine Wechselspannungsquelle 4 einer
ersten Frequenz f2 angesteuert und der Kopplungsstrom I(f2) von
einem Strommesser 6 gemessen. Die Kopplung hin zu einem
elektrisch leitenden, auf dem Sitz 22 platzierten Körper hängt von
den dielektrischen Eigenschaften des Körpers oder Gegenstandes ab,
der auf dem Sitz platziert ist. Wenn der Sitz nicht belegt ist,
d.h. wenn kein elektrisch leitender Gegenstand vorhanden ist, tritt
keine wesentliche kapazitive Kopplung auf. Wenn dagegen der Sitz
von einer erwachsenen Person belegt wird, ist die kapazitive Kopplung
höher als
für den
Fall, dass ein Kind auf dem Sitz sitzt.
- – Im
so genannten Kopplungsmodus wird die zweite Elektrode 2 durch
eine Wechselspannungsquelle 3 einer zweiten Frequenz f1
angesteuert und die kapazitive Kopplung zwischen der zweiten Elektrode
und der ersten Elektrode durch Messen des Kopplungsstromes I(f1)
mit dem Strommesser 5 ermittelt. Diese kapazitive Kopplung
wird durch das Vorhandensein eines elektrisch leitenden Körpers zwischen
der ersten und der zweiten Elektrode und dem Abstand dieses Körpers von
den jeweiligen Elektroden stark beeinflusst. Mit anderen Worten:
Die Kopplungsmodusmessung liefert eine zuverlässige Information darüber, ob
ein leitender Gegenstand, der auf dem Sitz positioniert ist, in
den Fußraum
hineinragt, wie dies z.B. bei den Beinen und Füßen eines erwachsenen Insassen
der Fall ist.
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Durch
Abwechseln der zwei Betriebsmodi lässt sich somit eine zuverlässige Information
hinsichtlich des Belegungsstatus des Sitzes erfassen. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das System außerdem eine Druckfühlmatte 24 (in
Form einer Strichlinie dargestellt), die im Sitz 22 des
Fahrzeuges angeordnet ist. Das auf den Sitz wirkende Druckprofil,
das von der Druckfühlmatte
ermittelt wird, kann anschließend
verwendet werden, um die Klassifizierung der Sitzbelegung noch weiter
zu verbessern.
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Wenn
eine Druckfühlmatte 24 zusammen
mit dem oben beschriebenen Felderkennungssystem verwendet wird,
werden die Druckfühlmatte
und die Elektrode 1 vorzugsweise zusammengesetzt, damit sie
eine einzige Einheit bilden. In diesem Fall ist die Elektrode 1 z.B.
direkt auf der Oberseite der Druckfühlmatte 24 angebracht.
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2 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
für die
Sitzelektrode 1. Die Sitzelektrode 1 umfasst eine
Abschirmelektrode 8 (Schutzelektrode), die hin zum Sitzgestell
gerichtet ist, und eine Fühlelektrode 7,
die hin zum Insassen auf dem Sitz gerichtet ist. Zwischen der Fühlelektrode 7 und
der Abschirmelektrode 8 ist eine Isolationsschicht 9 erforderlich. Im
Betrieb werden die Abschirmelektrode 8 und die Fühlelektrode 7 von
der gleichen Wechselspannungsquelle 4 so angesteuert, dass
die Schutzelektrode 8 verhindert, dass die Fühlelektrode 7 eine Kopplung
des elektrischen Feldes mit dem Sitzgestell herstellen kann. Somit
ist die Fühlelektrode
nur in der Richtung eines Insassen auf dem Sitz aktiv und nicht
zu einem Gegenstand hin, der unter dem Sitz platziert wurde.
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Wenn
die erste Elektrode 1 auf einer Druckfühlmatte 24 befestigt
ist, kann die Schutzelektrode 8 durch Heißkleben
eines leitenden Vlieses oder Textilmaterials auf die druckempfindliche
Matte 24 hergestellt werden. Wenn außerdem eine Sitzheizung eingesetzt
wird, muss diese Sitzheizung oben auf die Matte 24 platziert
werden. Die Sitzheizung kann als Fühlelektrode 7 fungieren.
Ein zusätzlicher,
separat gespeister Draht in der äußeren Kontur
der Sitzheizung lässt
sich zum Messen der zum Sitzgestell fließenden Leckströme und als
redundante Elektrode für ein
Kindersitzerkennungssystem einsetzen.
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Um
zu überwachen,
ob die Elektrode 1 unter optimalen Umgebungsbedingungen
arbeitet, d.h. ob die Isolationsschicht 9 trocken ist,
kann eine Widerstandsmessung 10 zwischen der Fühlelektrode 7 und der
Abschirmelektrode 8 ausgeführt werden. Eine solche Widerstandsmessung
ist in 3 schematisch dargestellt.