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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Charakterisierung des Insassen
auf einem Fahrzeugsitz und insbesondere ein Verfahren zur dynamischen
Unterscheidung zwischen einem erwachsenen Insassen und einem angeschnallten
Kindersitz.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es
ist wichtig, den Insassen auf einem Fahrzeugsitz genau und zuverlässig zu
charakterisieren, um die Tätigkeit
von Airbags und anderen pyrotechnisch ausgelösten Rückhaltesystemen richtig zu steuern.
Zum Beispiel ist die Auslösung
derartiger Rückhaltesysteme
im Allgemeinen erlaubt, wenn ein Erwachsener auf dem Sitz sitzt,
aber unterdrückt, wenn
sich ein tragbarer Babysitz oder Kindersitz (nachfolgend hierin
kollektiv als Kindersitze bezeichnet) auf dem Sitz befindet. Eine übliche Methode
zum Charakterisieren eines Insassen besteht darin, den Fahrzeugsitz
mit einem oder mehreren Sensoren auszustatten, die auf Gewicht oder
Kraft reagieren, und das erfasste Gewicht oder die erfasste Kraft
mit kalibrierten Schwellenwerten zu vergleichen. Jedoch ergeben
sich ähnliche
Gewichts- oder Kraftmessungen
für sowohl
einen erwachsenen Insassen als auch einen Kindersitz, der auf dem
Fahrzeugsitz platziert und mit einem am Fahrzeugboden verankerten
Sitzgurt festgeschnallt ist.
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Das
Murphy et al. erteilte
U.S. Patent
Nr. 6,246,936 , das als nächstliegender Stand der Technik
angesehen wird, lehrt, dass es möglich
ist, zwischen einem erwachsenen Insassen und einem angeschnallten
Kindersitz zu unterscheiden, indem eine Veränderung des gemessenen Insassengewichts
während
einer Bewegung des Fahrzeugs berechnet wird. Liegt die Veränderung
unter einem Schwellenwert für
ein vorbestimmtes Intervall, wird der Insasse als ein Kindersitz
charakterisiert, da ein fest geschnallter Sitzgurt eine Veränderung
stark einschränkt. Übersteigt
die Veränderung
den Schwellenwert für
ein vorbestimmtes Intervall, wird der Insasse als ein Erwachsener
charakterisiert. Murphy et al. offenbaren ferner, dass die Frequenz
des gemessenen Insassengewichts als ein korrelativer Faktor verwendet
werden kann, da die Frequenz für
einen angeschnallten Kindersitz höher ist als für einen
normal sitzenden Erwachsenen. In ähnlicher Weise lehrt das Gray
et al. erteilte
U.S. Patent Nr.
6,542,802 eine Normalisierung der gemessenen Gewichtsveränderung
auf der Grundlage einer Messung der vertikalen Beschleunigung des
Fahrzeugs, um Beeinträchtigungen,
wie zum Beispiel das Fahren auf einer holprigen Straße, zu kompensieren.
Da die Verwendung von korrelativen Messungen die Systemkosten erheblich erhöhen kann,
ist eine Methode zum zuverlässigen Charakterisieren
des Sitzinsassen mit einem einzelnen Sitzsensor erwünscht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein verbessertes Verfahren zum Charakterisieren
des Sitzinsassen eines Fahrzeugs gerichtet, bei dem das Ausgangssignal
eines einzelnen Sitzsensors, wie zum Beispiel ein Drucksensor in
einer fluidgefüllten
Sitzblase oder ein rahmenmontierter vertikaler Beschleunigungsmesser,
einer Leistungsspektrumsanalyse unterzogen wird, um die anteilige
Signalleistung in einem spezifizierten Frequenzbereich zu bestimmen, und
die bestimmte Signalleistung wird mit einem Schwellenwert verglichen,
der kalibriert ist, um eine Veränderlichkeit
in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit zu kompensieren. Die Anwesenheit
eines an geschnallten Kindersitzes wird angezeigt, wenn der Schwellenwert überstiegen
wird, und andernfalls wird die Anwesenheit eines normal sitzenden
Erwachsenen angezeigt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B stellen
alternative Systeme zur Erfassung eines Fahrzeugsitzinsassen dar, um
das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchzuführen. In
dem System von 1A ist der Sitz mit einer fluidgefüllten Sitzblase
ausgestattet, und die Ausgabe eines mit der Blase gekoppelten Drucksensors
wird an eine elektronische Steuereinheit (PODS ECU) zur Detektion
eines passiven Insassen geleitet, die das Verfahren dieser Erfindung
durchführt.
In dem System von 1B ist der Sitz mit einem rahmenmontierten
vertikalen Beschleunigungsmesser ausgestattet, dessen Ausgabe an
die PODS ECU geleitet wird.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Softwareroutine darstellt, die von
der PODS ECU von 1A und/oder 1B gemäß dieser
Erfindung ausgeführt
wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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1A und 1B stellen
alternative Ausführungsformen
eines Systems zur Insassenerfassung zur Verwendung mit dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung dar. 1A und 1B stellen beide
einen auf einem Rahmen 12 gelagerten Fahrzeugsitz 10 mit
Schaumstoffkissen 14 und 16 auf dem Boden und
an der Rückenlehne
des Sitzes dar, und in beiden Fällen
ist der Sitz 10 mit einem herkömmlichen Schulter-/Beckengurt 18 ausgestattet, der
am Fahrzeugboden (nicht gezeigt) und an der B-Säule 20 verankert ist.
Bei einer Verwendung wird der Gurt 18 um einen Insassen
herum oder durch den Rahmen eines Kinder- oder Babysitzes gezogen, und
eine an dem Gurt 18 verschiebbar montierte Gurtschnalle 22 wird
in das Gurtschloss 24 eingesteckt, um den Gurt 18 festzuschnallen.
Eine in der B-Säule 20 montierte
Aufrollvorrichtung (nicht gezeigt) hält eine gewünschte Spannung an dem Gurt 18 aufrecht
und verriegelt den Gurt 18, wenn das Fahrzeug eine erhebliche
Geschwindigkeitsabnahme erfährt.
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Das
in 1A dargestellte System umfasst eine fluidgefüllte Blase 28 und
einen Drucksensor 30 zur Erfassung des Sitzgewichts eines
Insassen. Die Blase 28 ist in oder unter dem Schaumstoffkissen 16 im
Wesentlichen parallel mit der zentralen Sitzfläche angeordnet, und der Drucksensor 30 liefert
ein elektrisches Ausgangssignal auf einer Leitung 32, das den
Fluiddruck in der Blase 28 anzeigt. Das Drucksignal auf
der Leitung 32 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (VS)
auf einer Leitung 34 werden als Eingaben an eine elektronische
Steuereinheit (PODS ECU) 36 zur Detektion eines passiven
Insassen geleitet. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal kann mit einem
dedizierten Geschwindigkeitssensor erzeugt werden, wird aber bevorzugt
von einem Datenbus erhalten, der verschiedene elektronische Steuereinheiten
des Antriebsstrangs und des Fahrwerks des Fahrzeugs untereinander
verbindet. Die PODS ECU 36 ist mit einem Airbagsteuermodul
(ACM) 38 über einen
bidirektionalen Kommunikationsbus 40 gekoppelt. Das ACM 38 kann
der Art nach herkömmlich sein
und ist tätig,
um einen oder mehrere Airbags oder andere Rückhaltevorrichtungen (nicht
gezeigt) zum Schutz der Fahrzeuginsassen auf der Grundlage einer
erfassten Fahrzeugbeschleunigung und von der PODS ECU 36 erhaltenen
Insassencharakterisierungsdaten auszulösen. Im Allgemeinen löst ACM 38 die
Rückhaltesysteme
aus, wenn die Beschleunigungssignale das Auftreten eines schweren
Zusammenstoßes
anzeigen, sofern nicht die PODS ECU 36 anzeigt, dass die
Auslösung
unterdrückt
werden soll. Natürlich
sind auch andere technisch ausgefeiltere Steuerungen möglich, wie
zum Beispiel das Steuern der Auslösekraft der Rückhaltesysteme
auf der Grundlage der von der PODS ECU 36 gelieferten Insassencharakterisierungsdaten.
Auch übermittelt das
ACM 38 den Unterdrückungsstatus
an eine Anzeigevorrichtung 42 für den Fahrer, um es dem Fahrer
zu ermöglichen,
zu überprüfen, dass
das System den Sitzinsassen richtig charakterisiert hat.
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Das
in 1B dargestellte System umfasst einen Beschleunigungsmesser 44,
der auf eine vertikale oder Z-Achsen-Beschleunigung des Sitzrahmens 12 unter
dem Sitzinsassen reagiert. Zum Beispiel kann der Rahmen 12 eine
Sitzschale aus Metall umfassen, die das Bodenkissen 16 hält, und
der Beschleunigungsmesser 44 kann starr an einer Halterung
befestigt sein, die mit einem zentralen Abschnitt der Sitzschale
verschweißt
ist. Der Beschleunigungsmesser 44 erzeugt ein elektrisches
Beschleunigungssignal auf einer Leitung 46, das zusammen
mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal auf der Leitung 34 an
die PODS ECU 36 geleitet wird. Ansonsten ist das in 1B dargestellte
System wie das in 1A dargestellte System.
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Die
primäre
Funktion der PODS ECU 36 besteht darin, einen Insassen
auf dem Sitz 10 auf der Grundlage der zuvor erwähnten verschiedenen
Eingabesignale zu charakterisieren und zu bestimmen, ob eine Auslösung der
aufblasbaren Rückhaltesysteme
erlaubt oder unterdrückt
werden soll. Die vorliegende Erfindung ist speziell auf ein von
der PODS ECU 36 durchgeführtes Charakterisierungsverfahren zur
zuverlässigen
Unterscheidung zwischen einem Kindersitz, der mit dem Sitzgurt 18 festgeschnallt
ist, und einem normal sitzenden Erwachsenen auf der Grundlage einer
Leistungsspektrumsanalyse des Drucksignals auf der Leitung 32 (1A)
oder des Beschleunigungssignals auf der Leitung 46 (1B) gerichtet.
Im Allgemeinen bestimmt die PODS ECU 36 den anteiligen
Leistungsbetrag in einem spezifizierten Frequenzbereich, und der
bestimmte anteilige Leistungsbetrag wird mit einem Schwellenwert verglichen,
der als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit kalibriert ist.
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2 stellt
ein Ablaufdiagramm dar, das repräsentativ
für eine
Softwareroutine ist, die von der PODS ECU 36 zur Durchführung des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung periodisch ausgeführt wird. Die
PODS ECU 36 tastet bei Block 50 das Sitzsignal ab,
egal ob das Drucksignal auf der Leitung 32 oder das Beschleunigungssignal
auf der Leitung 46. Zum Beispiel kann die PODS ECU 36 einen
Analog-Digital-Wandler umfassen, der das jeweilige Eingangssignal über ein
Intervall, wie zum Beispiel eine Sekunde, wiederholt abtastet, und
die abgetasteten Daten in einem ersten Datenpuffer speichert. Die
gespeicherten Daten werden bei Block 52 durch Abziehen des
durchschnittlichen Signalwertes, um die DC-Komponente zu entfernen,
und durch Skalieren der verbleibenden AC-Komponente normalisiert,
so dass das gesamte Signal in dem Bereich von –1,0 bis +1,0 liegt. Die normalisierten
Daten werden bei Block 54 einem zweiten Datenpuffer hinzugefügt, der
mehrere solche Datenpakete speichern kann.
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Sobald
der zweite Datenpuffer gefüllt
worden ist, wird der Block 56 ausgeführt, um eine Leistungsspektrumsfunktion
PS(f) der gespeicherten Daten zu berechnen. Die Leistungsspektrumsfunktion
PS(f) wird verwendet, um die Oberwellenleistung der gespeicherten
Daten zu bestimmen, und wird als das Quadrat des absoluten Wertes
der Fourier-Transformation der Daten, oder PS(f)
= |F{x(t)}|2 berechnet, wobei x(t) das
von den gespeicherten Daten definierte Signal ist, und F{x(t)} die
Fourier-Transformation des Signals bei einer spezifizierten Frequenz
f ist.
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Die
PODS ECU 36 integriert bei Block 58 die Leistungsspektrumsfunktion
PS(f) über
einen spezifizierten Bereich von Frequenzen. Der spezifizierte Frequenzbereich
ist kalibriert, um die Daten, die bei einem angeschnallten Kindersitz
festgestellt werden, von den Daten zu unterscheiden, die bei einem
normal sitzenden Erwachsenen von ähnlichem augenscheinlichem
Gewicht festgestellt werden. Im Allgemeinen weisen die Sitzdaten,
die erhalten werden, wenn der Insasse ein angeschnallter Kindersitz
ist, einen erheblich größeren Oberwellengehalt
auf, als die Daten, die erhalten werden, wenn der Insasse ein normal
sitzender Erwachsener ist. Der spezifizierte Frequenzbereich von
Block 58 wird durch Kalibrierung bestimmt, und ist einfach
der Frequenzbereich, über
den die Differenz des Oberwellengehaltes am größten ist. Bei der Umsetzung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wurde das Leistungsspektrumssignal über einen
Frequenzbereich von 10 Hz bis 50 Hz für ein System auf Druckbasis,
wie in 1A dargestellt, und über einen
Frequenzbereich von 50 Hz bis 100 Hz für ein System auf Beschleunigungsbasis,
wie in 1B dargestellt, integriert.
Die PODS ECU 36 liest bei Block 60 das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
(VS) und schlägt
einen kalibrierten Leistungsspektrumsschwellenwert PS_THR nach,
der als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit gespeichert ist.
Im Allgemeinen werden die Sitzsignale durch die Fahrzeuggeschwindigkeit
beeinflusst, und die Kalibrierung des Leistungsspektrumsschwellenwerts
PS_THR als eine Funktion von VS erlaubt dem Kalibrator, eine Veränderlichkeit
des Integrationswerts aufgrund von Auswirkungen der Fahrzeugbewegung
bei verschiedenen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs zu kompensieren.
Block 62 vergleicht den bei Block 58 bestimmten
Integrationswert mit dem Schwellenwert PS_THR. Übersteigt der Integrationswert
PS_THR, wird die Anwesenheit eines angeschnallten Kindersitzes angezeigt,
und die Blöcke 64 und 66 werden
ausgeführt,
um den Ausdruck STATUS auf CCS (angeschnallter Kindersitz) zu setzen
und die Auslösung
der Rückhaltesysteme zu
unterdrücken.
Andernfalls wird die Anwesenheit eines Erwachsenen angezeigt, und
die Blöcke 68 und 70 werden
ausgeführt,
um STATUS auf ADULT zu setzen, und um die Auslösung der Rückhaltesysteme zu erlauben.
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Abschließend zusammengefasst
stellt die vorliegende Erfindung ein einfaches und kostengünstiges
Verfahren zur genauen und zuverlässigen
Charakterisierung eines Sitzinsassen eines Fahrzeugs mit einem einzelnen
Sitzsensor bereit. Wenngleich das Verfahren in Bezug auf die dargestellte
Ausführungsform
beschrieben worden ist, wird erwartet, dass Fachleuten zahlreiche
Abwandlungen und Änderungen
zusätzlich
zu den zuvor genannten einfallen werden. Zum Beispiel kann eine
andersartige Art eines insassenerfassenden Systems, wie zum Beispiel
ein System, das ein Sitzdruck-Sensorkissen oder einen Rahmensensor
auf Belastungsbasis aufweist, anstelle der dargestellten insassenerfassenden
Systeme verwendet werden; die Leistungsspektrumsfunktion kann über mehrere
Frequenzbereiche integriert werden, und so weiter. Entsprechend
wird beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform
beschränkt
ist, sondern dass sie den vollen Umfang hat, den die Sprache der
folgenden Ansprüche
zulässt.
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Die
Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.