DE60308020T2

DE60308020T2 - Dreidimensionaler insassenpositionssensor

Info

Publication number: DE60308020T2
Application number: DE60308020T
Authority: DE
Inventors: Michael Waterloo KOTLYACHKOV; Vladimir Kitchener FILIPPOV; Otman Adam Waterloo BASIR; Fakhreddine Waterloo KARRAY; Kristopher Guelph DESROCHERS
Original assignee: Intelligent Mechatronic Systems Inc
Current assignee: Intelligent Mechatronic Systems Inc
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: AU2003238591A1; EP1509425A1; DE60308020D1; US20030222440A1; US7370883B2; WO2003101785A1; EP1509425B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeuginsassen-Sicherheitssysteme und insbesondere einen Fahrzeuginsassen-Näherungssensor zur Verwendung mit einem Fahrzeuginsassen-Sicherheitssystem.
Fahrzeuginsassen-Sicherheitssysteme, die im Ansprechen auf einen Fahrzeugunfall aktiviert werden, um Verletzungen von Insassen zu lindem, sind in dem technischen Gebiet altbekannt. Ein Fahrzeug kann automatische Sicherheitszurückhalte-Aktuatoren enthalten, beispielsweise vordere und seitliche Airbags, Sitzgurt-Straffer und entfaltbare Kniepolster. Das Insassenschutzsystem kann ferner einen Kollisions/Unfall-Sensor umfassen, um das Auftreten eines Fahrzeugunfalls bzw. Fahrzeugaufpralls zu erfassen und ein elektrisches Signal bereitzustellen, dass die Stärke des Unfalls anzeigt.
Mehrere bekannte Insassenschutzsysteme umfassen einen Insassenpositionssensor, der die Position des Insassen in Bezug auf ein zugehöriges aufblasbares bzw. entfaltbares Schutzmodul erfasst. Der Insassenpositionssensor für ein derartiges System könnte ein Ultraschallsensor, ein Infrarotsensor, und ein kapazitiver Sensor, und/oder Gewichtssensor sein. Ein Controller, der mit den Sensoren verbunden ist, steuert das aufblasbare Schutzmodul im Ansprechen auf die erfasste Position des Insassen. Im Ansprechen auf die erfasste Insassenposition kann ein oder mehrere Entfaltungsaspekte des Airbags eingestellt werden. Ein Schutzsystem mit einstellbaren Aspekten für die Entfaltung wird gewöhnlicherweise als ein „adaptives" Schutzsystem bezeichnet. Wenn der Insasse (Fahrzeugpassagier) an einer Position positioniert ist, so dass die Entfaltung des Airbags einen Schutz des Insassen nicht verbessern wird, kann es wünschenswert sein eine Auslösung des Insassenschutzmoduls zu unterdrücken. Ein Insasse, der sehr nahe zu dem Schutzmodul ist, wird so bezeichnet, dass er innerhalb einer Außerhalb-der-Position Insassenzone ist. Die Entfaltung des Airbags für einen Insassen, der innerhalb der Außerhalb-der-Position Insassenzone ist, kann einen Schutz des Insassen nicht verbessern.
In jedem Fall ist die Bestimmung der Position des Insassen ein wichtiger Teil des adaptiven Insassen-Schutzsystems. Es gibt mehrere Typen von Näherungssensoren, wie beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein Videosensor, ein kapazitiver Sensor und ein Infrarotsensor. Unterschiedliche Hindernisse, wie beispielsweise eine Karte, ein Buch oder eine Zeitung, könnten Signale von Ultraschall- und Videosensoren verdecken. Ein Zigarettenanzünder oder eine Zigarette könnte einen Infrarotsensor blenden.
Die US 2001/0003168 bezieht sich auf eine Anordnung in einem Fahrzeug zum Bestimmen der Fahrzeuginsassenposition relativ zu einem festen Aufbau innerhalb des Fahrzeugs mit einem Array, welches ein Bild eines Teils des Fahrzeugpassagierabteils empfängt, für den eine Anordnung des Insassen wahrscheinlich ist, und mit einer Linse, die zwischen dem Array und dem Teil des Fahrzeugpassagierabteils angeordnet ist. Das Bild kann durch Einstellen der Linse, z. B. durch Einstellen der Brennweite der Linse und/oder der Position der Linse relativ zu dem Array, durch Einstellen des Arrays, z. B. der Position des Arrays relativ zu der Linse, und/oder durch Verwendung einer Software zum Ausführen eines Fokussierungsprozesses geändert werden. Durch Ändern des Bilds zum Ermitteln des klarsten Bilds, d. h. zum Fokussieren des Bilds, kann ein Abstand zwischen dem Insassen und dem festen Aufbau auf Grundlage der Parameter der Änderung des Bilds erhalten werden.
Die DE 19841399 betrifft eine Benutzerstatus-Bestimmungsanordnung für einen Fahrzeugsitz, die verwendet wird, um zu Bestimmen, ob ein Sitz belegt ist, um einen Airbag zu steuern. Die Anordnung hat eine Einrichtung zum Messen des Abstands von einem oberen definierten Punkt zu mehreren definierten Punkten auf und um den Sitz herum. Eine Konturinformation wird aus einer Fotografie des Bereichs mit wenigstens einem Teil des Sitzes abgeleitet. Die Belegung wird aus der Abstandsinformation und der abgeleiteten Kontur bestimmt.
Die Erfindung ist auf die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers gestützt. Dieses Phänomen erlaubt, dass der Insasse als eine Sendeantenne verwendet wird, wobei seine/ihre Position innerhalb eines definierten Raums durch eine Messung von elektromagnetischen Werten, die auf einen Satz von Empfängern hervorgerufen werden, bestimmt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Fahrzeuginsassen vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Messen eines elektromagnetischen Felds, dass durch einen Insassen hervorgerufen wird, an einer Vielzahl von Punkten in einem Fahrzeugpassagierabteil; und
(b) Berechnen einer teildimensionalen Position des Insassen in dem Passagierabteil unter Verwendung einer Signalverteilung auf Grundlage des Schritts (a).

Die vorliegende Erfindung stellt einen Insassenpositionssensor bereit, der die Leitfähigkeit eines Insassen verwendet, um die Höhe und Position des Insassen zu bestimmen, indem die Kapazität zwischen dem Kopf des Insassen und einer Vielzahl von am Dach angebrachten Sensoren (Elektroden) gemessen wird.
Eine Sendeelektrode ist in einem Fahrzeugsitz angebracht. Eine Anordnung von Empfangselektroden ist an dem Dach des Fahrzeugs über dem Sitz des Insassen angebracht. Der Sensor verwendet die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers durch Verwendung des Insassen als einen Sender. Der höchste Punkt des Körpers eines Insassen wird als Quelle für die elektromagnetische Wellenform angesehen. Die Werte der Signale, die auf jeder Elektrode hervorgerufen werden, werden durch die Steuereinheit gemessen und dann verarbeitet, um die Position zu bestimmen und die Bewegung des höchsten Punkts des Körpers eines Insassen nach zu verfolgen. Das Verfahren, dass in dieser Erfindung dargeboten wird, stellt die Möglichkeit bereit eine dreidimensionale Position des höchsten Punkts des Körpers des Insassen innerhalb des Erfassungsraums zu bestimmen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht, so wie diese besser unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung verständlich wird, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 den Fahrzeuginsassen-Näherungssensor, der in einem Fahrzeugpassagierabteil installiert ist, mit einem Insassenschutzsystem;
2 eine schematische Darstellung, die die Berechnung der Position und Höhe des Insassen darstellt;
3 eine andere schematische Darstellung, die das Verfahren zum Berechnen der Position und Höhe des Insassen darstellt;
4 einen Graph, der die lineare Interpolation zwischen benachbarten Abtastwerten der Autokorrelationsfunktion darstellt;
5a einen Graph eines Quellensignals;
5b Graphen von Funktionen f1 (K₁) (Linie 1), f2 (K_i) (Linie 2), f1 (K_i)-f2 (K_i) (Linie 3), die für das Quellensignal berechnet wurden, wie in 5a dargestellt;
6a einen Graph eines Quellensignals in einem Beispiel, wenn zwei Objekte ein Auflösungselement in einem Signal erzeugen;
6b einen Graph der Autokorrelationsfunktion für das Quellensignal der 6b; und
6c einen Graph von f1 (Linie 1), f2 (Linie 2) und f1-f2 (Linie 4) für das Quellensignal für die 6a.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 illustriert einen Fahrzeuginsassen-Näherungssensor 10 zum Bestimmen der Höhe und Position eines Insassen 12 in einem Fahrzeugsitz 14 und insbesondere zum Bestimmen der dreidimensionalen Position des Kopfs 15 des Insassen. Der Insasse 12 und der Fahrzeugsitz 14 sind in einem Fahrzeugpassagierabteil 16 mit einem Insassenschutzsystem, einschließlich einer automatischen Sicherheits-Zurückhalteeinrichtung, wie einem Airbag 18, installiert. Obwohl ein am Lenkrad angebrachter Airbag 18 als ein Beispiel dargestellt ist, sei auch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch nützlich für Seitenairbags, Sitzgurt-Straffer, entfaltbare Kniepolster, und irgendwelche anderen automatischen Sicherheitszurückhalte-Aktuaktoren nützlich ist. Der Unfalldetektor 19, wie beispielsweise ein Unfallsensor von irgendeinem bekannten Typ, wird verwendet, um das Auftreten eines Fahrzeugunfalls zu bestimmen und die Unfallstärke zu bestimmen.
Der Fahrzeuginsassen-Näherungssensor 10 umfasst eine Sendeelektronik 20, die ein elektromagnetisches Signal erzeugt, und ein erstes Array (Feld) 22 von Empfangselektroden 22a-n, die senkrecht ein zweites Feld 23 von Empfangselektroden 23a-n schneiden. Die Empfangselektroden 22a-n, 23a-n empfangen das elektromagnetische Signal, das durch die Sendeelektrode 20 erzeugt wird. Eine Steuereinheit 24 empfängt elektrische Signale von den Empfangselektroden 22a-n, 23a-n auf Grundlage des elektromagnetischen Signals, dass durch die Elektroden 22a-n, 23a-n empfangen wird. Die Steuereinheit 24 kann auch ein Signal von einem Sitzschienen-Positionssensor 26 empfangen, der die Position des Fahrzeugsitzes 14 auf einer Fahrzeugschiene (nicht gezeigt) in dem Passagierabteil 16 anzeigt.
Die Sendeelektrode 20 ist in der Basis des Fahrzeugsitzes 14 angebracht. Die Sendeelektrode 20 kann eine Spule aus Draht oder eine Kupferschicht umfassen und kann aus irgendeinem leitenden Material gebildet sein, umfasst aber vorzugsweise ein Gitter von Kupferdrähten, die ungefähr 1 Inch von einander entfernt sind. Allgemein wird bevorzugt eine große Fläche der Basis des Sitzes 14 mit der Sendeelektrode 20 abzudecken und die Sendeelektrode um den vorderen Teil des Sitzes herum zu wickeln. Es sollte sichergestellt sein, dass die Sendeelektrode nicht nach Masse über den Rahmen des Fahrzeugs kurzgeschlossen ist. Ein Frequenzgenerator 27 erzeugt ein Signal mit niedriger Frequenz und niedriger Amplitude, wie beispielsweise ein 10 KHz Signal, an der Sendeelektrode 20, welches dann als ein elektromagnetisches Signal in dem Passagierabteil 16 gesendet wird.
Die Empfangselektrodenarrays 22, 23 sind in der Fahrzeugdachverkleidung 28 in dem Passagierabteil 16 über dem Insassen 12 angebracht. Die Empfangselektroden 22a-n, 23a-n umfassen jeweils eine kleine leitende Oberfläche, vorzugsweise ein 6,5 cm × 9 cm Stück einer gedruckten Schaltungsplatine, aber die Größe wird sich in Abhängigkeit von der Passagierabteilgröße verändern. Die Leitfähigkeit kann durch eine geeignete Wahl des Stoffs, der Folie, des Gitters, einer leitenden Farbe oder von irgendeinem anderen leitenden Material erzielt werden. Die Empfangselektroden 22a-n, 23a-n sind mit der Steuereinheit 24 über einen Multiplexer 29 und einem Verstärker 30 verbunden. Wiederum muss sichergestellt werden, dass keine der Empfangselektroden 22a-n, 23a-n über den Rahmen mit Masse kurzgeschlossen sind. Der Multiplexer 29 erlaubt der Steuereinheit 24 sequentiell Werte von den Empfangselektroden 22a-n, 23a-n zu lesen, um die dreidimensionale Position des Insassen 12 in Übereinstimmung mit dem nachstehend beschriebenen Verfahren zu bestimmen. Analog-zu-Digital-Wandler (nicht gezeigt) würden die Signale von den Verstärkern 30 in ein von einem Computer lesbares Format umwandeln.
Die Steuereinheit 24 umfasst allgemein eine CPU 31 mit einem Speicher 32, zum Beispiel ein RAM, ROM, DVD, CD, ein Festplattenlaufwerk, oder ein anderes elektronisches, optisches, magnetisches oder irgendein anderes von einem Computer lesbares Medium, auf dem Programme zum Ausführen der Schritte und Algorithmen, die hier beschrieben werden, gespeichert sind. Die CPU 31 ist in geeigneter Weise programmiert, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen, und ein Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet könnte die CPU 31 entsprechend programmieren und irgendwelche zusätzliche Hardware besorgen, die nicht gezeigt ist, aber benötigt wird, um die vorliegende Erfindung auf Grundlage der hier vorliegenden Beschreibung zu implementieren. Die Stromversorgung und die zusätzliche Hardware sind nicht gezeigt, aber Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet könnten die vorliegende Erfindung auf Grundlage der hier vorliegenden Beschreibung implementieren.
Im Betrieb steuert die Steuereinheit 24 den Generator 27, um ein 10 KHz Signal an der Sendeelektrode 20 zu erzeugen. Die Sendeelektrode 20 sendet ein 10 KHz Signal als eine elektromagnetische Welle innerhalb des Fahrzeugpassagierabteils 16. Das elektromagnetische Signal geht durch den Insassen 12 und wird von den Empfangselektroden 22a-n, 23a-n empfangen. Das Signal, dass durch jede Empfangselektrode empfangen wird, ist auf die Kapazität zwischen ihr und der Sendeelektrode 20 gestützt, die sich wiederum in Abhängigkeit von der Nähe des Insassen 12 zu jeder Empfangselektrode 22a-n, 23a-n verändern wird. Die Größe, der Abstand und die Anzahl von Elektroden in jedem der Empfangselektrodenarrays 22, 23 kann sich für unterschiedliche Anwendungen und unterschiedliche Fahrzeuge unterscheiden.
Die Steuereinheit 24 steuert einen Multiplexer 29, um sequentiell jede der Empfangselektroden 22a-n, 23a-n in den Arrays 22, 23 auszulesen. Obwohl sie sequentiell ausgelesen werden, wird dies ausreichend schnell relativ zu einer normalen Bewegung eines Fahrzeuginsassen 12 ausgeführt, um effektiv einen momentanen Schnappschuss von ausreichender Information bereitzustellen, um die Höhe und Position des Insassen 12 in dem Passagierabteil 16 zu bestimmen. Die Kapazität an jeder Empfangselektrode 22a-n, 23a-n hängt von der Nähe des Insassen 12 zu jeder Empfangselektrode 22a-n, 23a-n ab. Somit wird die höchste Kapazität an der Empfangselektrode gemessen, die am nächsten zu dem Kopf 15 des Fahrzeuginsassen 12 ist.
Der Insasse ist mit dem Oszillator über die im Sitz angebrachte Elektrode gekoppelt, um eine kapazitivere Verbindung bereitzustellen. Die elektromagnetische Welle wird von dem höchsten Punkt des Insassen gesendet und an jede Elektrode hervorgerufen. Der Wert des Signals auf jeder Elektrode ist eine Funktion des Abstands zwischen dem ersten Punkt des Insassen und der Elektrode (siehe 2). Verstärker 30 senden diese Werte an die Steuereinheit 24.
Bezugnehmend auf die vereinfachte Darstellung, die in 2 gezeigt ist, werden die Werte des Signals an jede Elektrode unabhängig für jede Zeile verarbeitet, um die x (oder y) Positionskoordinaten entlang der Zeile und den senkrechten Abstand h_x (oder h_y) zu jeder Zeile zu bestimmen. Die Werte werden dann verwendet, um 3D Koordinaten in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung zu berechnen: h2 = I2x – y2 = h2y – x2 (1)
2D Koordinaten für jede Zeile werden durch Verwendung einer Signalform gemäß der folgenden Betrachtungen bestimmt:
Das elektrische Feld in der Zeile wird durch Messen des elektrischen Felds bestimmt, welches auf der flachen Elektrode hervorgerufen wird. Die lineare Größe der Elektrode und die typische Größe des Objekts sind wesentlich größer als eine angemessene Genauigkeit. Deshalb wird die Bestimmung einer absoluten Insassenposition unter Verwendung des Kalibrierungsansatzes gelöst. Während der Kalibrierungsroutine werden sowohl das Signal von einem typischen Objekt, das als ein Kalibrierungssignal verwendet wird, als auch die absolute Position des Objekts in dem Speicher 32 gespeichert. Während eines Betriebs wird die Position eines realen Objekts als Verschiebung des Objektsignals relativ zu dem Kalibrierungssignal bestimmt.
Das elektrische Feld eines komplexen Objekts ist eine Überlagerung von Punktquellen von Ladung, so dass das gegenwärtige System ein lineares verschiebungs-invariantes System für die gegebene Höhe ist. Eine Faltung eines Stromsignals mit einem gespeicherten Kalibrierungssignal wird verwendet, um die Position entlang der Zeile zu bestimmen.
Die Position des Faltungsmaximums entspricht dem Wert der Verschiebung des gegenwärtigen Signals gegenüber dem Kalibrierungssignal. Um Erfordernisse in der Kalibrierung für jede Höhe zu vermeiden wird eine Faltung mit dem Kalibrierungssignal mit dem Wert der mittleren Höhe verwendet. Eine Faltung K_n wird durch eine Fourier-Transformation in Übereinstimmung mit dem Faltungstheorem berechnet:
wobei S_m eine Sequenz des Signalabtastwerts, C_n – eine Kalibrierungssignalsequenz, und Ψ und Ψ^–1 ein Paar von diskreten Fourier-Transformationen ist, definiert folgendermaßen:
Ein Algorithmus für eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) wird verwendet, um die diskrete Fourier-Transformation zu berechnen.
Für eine genauere Bestimmung der Faltungsmaximumposition wird eine Fourier-Interpolation während der Berechnung der inversen FFT verwendet, wobei die Frequenzdomäne dadurch aufgeweitet wird, dass sie mit Nullen aufgefüllt wird. In Übereinstimmung mit der Theorie von linearen Systemen ergibt dies eine genauere Konstruktion der kontinuierlichen Sequenz, falls die Quellensequenz mit einem Intervall Δ = 1/2f_c abgetastet wurde, wobei f_c die Nyquist kritische Frequenz ist. Ferner wurde die Bedingung von nicht-überlappenden Frequeuzspektren des Signals und der Abtastfunktion aufrecht erhalten. In diesem Fall wird die kontinuierliche Sequenz S(x) durch die folgende Formel gegeben:
Bestimmte Gewichtungsfunktionen, wie Hamming- oder Kaiser-Funktionen, werden typischerweise verwendet, um einen Effekt einer Spektrumüberlappung zu verringern [2]. In der vorliegenden Situation erscheint es unmöglich das Gewichtungsverfahren für 8 Abtastwerte einer Quellensequenz zu verwenden. Anstelle davon wird die Quellensequenz mit Nullen bis zu 16 Abtastwerten aufgefüllt, so dass sie mit einer Periode 16 periodisch wird. Nach der Vorwärts-FFT wird die Frequenzdomäne mit Nullen bis zu 64 aufgefüllt. Eine Multiplikation der Sequenz mit Ψ(C_n) und eine Berechnung der inversen FFT führt zu 32 Interpolations-Abtastwerten der Faltung K_n in Übereinstimmungen mit den Gleichungen (2-4).
Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmen auch die Höhenkoordinate. Ein Signal, welches durch eine elektrische Punktladung erzeugt wird, sei als eine „einfache Welle" bezeichnet. Die Punktladung erzeugt ein elektrisches Feld:
wobei q ein elektrischer Ladungswert ist, r der Abstand zwischen der Ladung und einem Messpunkt ist, und a eine Konstante ist.
Bezugnehmend auf 3 wird ein elektrisches Feld entlang einer Linie gemessen, die in einem Abstand h von der Ladung platziert ist, so dass der Punkt in der Nähe des Ladungspunkts bei x = 0 an engeordnet ist. Dann wird die Signalverteilung entlang der Zeile folgendermaßen sein:
Das Signal an dem Punkt x = 0 ist:
Eine Berechnung des Quotienten S(x)/S(0) führt zur folgenden Gleichung:
Aus der Gleichung (9) kann der Wert von h ausgewertet werden. Die Genauigkeit der Auswertung hängt stark von der Definition der x Koordinate, der Position des Maximums und dem Grad des Signalrauschens ab. Eine Erhöhung der Anzahl von Rezeptoren kann zu einer Verringerung der Rezeptorfläche führen und wird somit das Signal/Rausch-Verhältnis verringern. Somit sollte ein Signal zwischen Abtastpunkten unter Verwendung einer Interpolation wieder hergestellt werden.
Es gibt verschiedene Verfahren für eine Signalwiederherstellung. Jedoch unterscheiden sich diese durch eine Berechnungskomplexität. In Übereinstimmung mit der Form der vorliegenden Quellenfunktion kann das beste Verfahren eine polynomische Approximation sein. Um jedoch Ergebnisse mit guter Genauigkeit zu erzeugen kann dieses Verfahren eine komplexe Berechnung, wie eine Zerlegung einer singulären Matrix erfordern. Es wird vorgeschlagen eine Fourier-Analyse mit einer Fourier Interpolation des Signals zwischen Abtastpunkten für eine genauere Definition der Quellenkoordinate zu verwenden.
Es sei die Autokorrelation K(x) = S(x)⨂S(x) betrachtet (die Faltung S(x)·S(x) ist die gleiche wegen der symmetrischen S(x)):
Der Ausdruck für den Quotienten K(x)/K(0) lautet:
was wie (8) mit H = 2h aussieht
Wenn man (10) mit (11) vergleicht, erhält man:
So kann geschlossen werden, dass h nicht nur unter Verwendung des Signals, sondern auch durch die Signalautokorrelationsfunktion ausgewertet werden kann. Diese Funktion hängt von einer integralen Charakteristik des Signals ab und ist somit gegenüber Rauschen weniger empfindlich. Zusätzlich ist diese Funktion ihrer Art nach symmetrisch und hat ein Maximum exakt bei x gleich zu Null. Somit ist das Problem einer genauen Maximumpositionsdefinition nicht ein gegenwärtiger bedenklicher Aspekt. Experimente haben gezeigt, dass die Gleichung (12) für h gut arbeitet. Jedoch wurde eine schwache Abhängigkeit gefunden, nämlich das h von dem Pegel der Hardwareverstärkung abhängt, die sich für verschiedene K(x) Teile unterscheidet. Für ein besseres Verständnis wird die folgende Analyse der K(x) Form durchgeführt.
Es seien inverse Funktionen H(K) und x(K) definiert, so dass das Argument k monoton von 0 bis Kmax = K(0) ansteigt, d. h. 0 ≤ K ≤ Kmax (13)wenn H(K) und x(K) (12) erfüllen, erhält man:
H(K) sollte eine Konstante sein und deshalb ist ihre Ableitung Null. Somit erhält man: H(K)
Mit einer Ersetzung von δH/δK = 0 erhält man aus (16):
Für das untersuchte Signal werden die folgenden Funktionen berechnet:
Die Punkte, an denen f1(K) und f2(K) sich schneiden, werden die beste Übereinstimmung zur Bestimmung von h durch Verwendung der Gleichung (14-15) oder (9) sein. In einer idealen Situation muss f1 (K) exakt gleich wie f2(K) sein, aber wegen der Abtastung, Berechnung und Abweichung von der realen Signalform und der idealen l/r² Funktion werden f1(K) und f2(K) nicht gleich sein. Dies kann durch die Anwesenheit von mehr als einem Überkreuzungspunkt durch Verwendung eines Durchschnittswerts von h Werten, die an diesen Punkten berechnet werden, verbessert werden.
Es wird die Autokorrelationsfunktion K_n der Quellensignalsequenz S_n durch Verwendung des FFT Algorithmus gemäß der Gleichungen (2-3) berechnet. S_n wird mit Nullen bis zu 16 Abtastwerten aufgefüllt und eine Fourier-Interpolation wird verwendet, um 32 Abtastwerte der Autokorrelationsfunktion zu erhalten.
Diskrete Funktionen f1(K_i) und f2(K_i) werden aufgebaut (siehe 4) unter Verwendung einer linearen Interpolation zwischen benachbarten Abtastwerten von K_n:
wobei N = 32 ist.
Im nächsten Schritt wird h an den Punkten, wo f1(K_i) – f2(K_i) → 0 gilt, unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
die aus (15) und (17) ermittelt wird, wenn H = 2 h ist.
5b zeigt Funktionen f1(K_i) (Linie 1), f2(K_i) (Linie 2), f1(K_i)-f2(K_i) (Linie 3), die für ein Quellensignal berechnet wurden, wie in 5a dargestellt.
6 zeigt ein Beispiel, wenn zwei Objekte ein Auflösungselement in einem Signal erzeugen. 6a ist ein Quellensignal, 6b ist deren Autokorrelationsfunktion, 6c zeigt f1 (Linie 1), f2 (Linie 2) und f1-f2 (Linie 4).
Dieser Algorithmus beinhaltet eine 16-Punkt FFT, eine 64-Punkt FFT, eine 32-Punkt FFT und einige wenige Vektoroperationen, wie eine Multiplikation, Subtraktion und eine Maximumsuche, um die 2D Position für jede Zeile zu bestimmen.
Die Steuereinheit 24 überwacht die Information von dem Empfangselektrodenfeld 22 über der Zeit. Zum Beispiel kann sich die Position des Kopfs 15 des Insassen 12 nicht unmittelbar ändern; sie muss einem Pfad von einem Punkt zu einem anderen folgen. Die Steuereinheit 24 kann zusätzlich Information von dem Fahrzeugsitz-Schienensensor 26 verwenden, die die Position des Fahrzeugsitzes 14 auf einer Fahrzeugsitzschiene anzeigt.
Die gesamte Information wird von der Steuereinheit 24 verwendet, um zu bestimmen, ob auf Grundlage eines Unfalls, der durch den Unfalldetektor 19 erfasst wird, und der Stärke eines Unfalls zu bestimmen, ob der Airbag 18 (oder eine andere Sicherheitszurückhalteeinrichtung) zu entfalten ist. Wenn zum Beispiel die Steuereinheit 24 auf Grundlage von Information von dem Empfangselektrodenarray 22 bestimmt wird, dass der Insasse 12 zu nahe zu dem Airbag 18 ist, dann kann die Steuereinheit 24 bestimmen, für den Fall eines Unfalls den Airbag 18 nicht zu aktivieren, oder die Steuereinheit 24 kann bestimmen, dass der Airbag 18 mit weniger Kraft entfaltet werden sollte. Wenn andererseits die Steuereinheit 24 des Insassen 12 auf Grundlage von Information von Empfangselektrodenarrays 22, 23 bestimmt, dass der Insasse in einem Abstand von dem Airbag 18 über einer vorgegebenen Schwelle ist, wird die Steuereinheit 24 den Airbag 18 zur Entfaltung bringen oder wird eine Entfaltung des Airbags 18 mit höherer Kraft bewirken, in Abhängigkeit von der Stärke des Unfalls, wie durch den Unfalldetektor 19 bestimmt. Die Steuereinheit 24 bestimmt auch die Kraft, mit der der Airbag 18 (oder eine andere Sicherheitszurückhalteinrichtung) sich entfalten sollte, auf Grundlage der Höhe des Insassen 12.
Zusätzlich kann Information von dem Sitzschienensensor 26 mit der Näherungsinformation verwendet werden, um zu bestimmen, ob und/oder wie der Airbag 18 aufgeblasen bzw. entfaltet werden sollte. Wenn zum Beispiel der Sitzschienensensor 26 anzeigt, dass der Fahrzeugsitz 14 in dem Fahrzeugpassagierabteil 16 nach vorne eingestellt ist und die Empfangselektrodenarrays 22, 23 anzeigen, dass der Insasse 12 ebenfalls vorne ist, kann die Steuereinheit 24 bestimmen, den Airbag 18 für den Fall eines Unfalls nicht zu entfalten. Wenn andererseits der Sitzschienen-Positionssensor anzeigt, dass der Fahrzeugsitz 14 zu weit nach vorne ist, kann die Steuereinheit 24 entscheiden den Airbag 18 nicht zu entfalten, obwohl die Empfangselektrodenarrays 22, 23 anzeigen, dass der Kopf 15 des Insassen 12 für eine Entfaltung ausreichend weit nach hinten ist. Dies würde für den Fall auftreten, dass der Insasse 12 den Fahrzeugsitz 14 stark schräg eingestellt hat. Ferner kann die Steuereinheit 24 bestimmen, dass dann, wenn der Kopf 15 des Insassen 12 stark nach hinten geneigt ist, der Airbag 18 für den Fall eines Unfalls entfaltet wird, obwohl der Fahrzeugsitzschienen-Positionssensor 26 anzeigt, dass der Fahrzeugsitz 14 zu weit vorne ist. Dies würde anzeigen, dass der Insasse 12 wiederum den Fahrzeugsitz 14 stark und ausreichend geneigt hat, dass der Airbag 18 entfaltet werden sollte. Im Allgemeinen werden Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet die Steuereinheit 24 unter Verwendung der obigen und zahlreichen zusätzlichen Regeln darüber, ob der Airbag 18 auszulösen ist, und für einen mehrstufigen Airbag 18, mit wie viel Kraft der Airbag 18 entfaltet werden sollte, programmieren. Die vorliegende Erfindung stellt zusätzlich Information an die Steuereinheit 24 bereit, so dass Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet diese zusätzliche Information verwenden könnten, um in einer geeigneten Weise zu bestimmen, ob und mit wie viel Kraft der Airbag 18 zu aktivieren ist.
In Übereinstimmung mit den Vorschriften der Patentgesetze und der Rechtsprechung werden voranstehend beschriebene beispielhafte Konfigurationen betrachtet, um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darzustellen. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in einer anderen Weise umgesetzt werden kann, als spezifisch dargestellt und beschrieben, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Die Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Fahrzeuginsassen (12), mit den folgenden Schritten: (a) Messen eines elektromagnetischen Felds, das durch einen Insassen (12) hervorgerufen wird, an einer Vielzahl von Punkten in einem Fahrzeugpassagierabteil (16); und (b) Berechnen einer dreidimensionalen Position des Insassen (12) in dem Passagierabteil (16) unter Verwendung einer Signalverteilung auf Grundlage des Schritts (a).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) ferner den Schritt einer Verwendung einer Signalverteilungsfunktion, um die Position zu berechnen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) ferner den Schritt zum Vergleichen des elektromagnetischen Felds, das an einem ersten der Vielzahl von Punkten hervorgerufen wird, mit dem elektromagnetischen Feld, das an einem zweiten der Vielzahl von Punkten hervorgerufen wir, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt (a) ferner den Schritt zum Übertragen eines elektromagnetischen Signals von einem Fahrzeugsitz (14) in dem Fahrzeugpassagierabteil (16) einschließt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Punkten im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die folgenden Schritte: Speichern eines Kalibrierungssignals; und Bestimmen der Position des Insassen (12) in dem Schritt (b) auf Grundlage eines Vergleich des in dem Schritt (a) gemessenen elektromagnetischen Felds mit dem Kalibrierungssignal.
Fahrzeugpassagierabteil-Näherungserfassungssystem (10), umfassend: eine Vielzahl von Sensoren, die eine Kapazität an einer Vielzahl von Punkten in einem Passagierabteil (16) messen, wobei die Messungen an der Vielzahl von Punkten eine Signalverteilung bilden; und einen Controller (24), der eine dreidimensionale Position eines Insassen (12) unter Verwendung der Signalverteilung auf Grundlage der an der Vielzahl von Punkten gemessenen Kapazität bestimmt.
Fahrzeugpassagierabteil-Näherungserfassungssystem (10) nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine erste Elektrode (20), die ein elektromagnetisches Signal erzeugt; wobei die Kapazitätssensoren eine Vielzahl von zweiten Elektroden (22a-n, 23a-n) umfassen, die das elektromagnetische Signal empfangen; und wobei der Controller (24) die Kapazität an jeder der zweiten Elektroden bestimmt, um die dreidimensionale Position des Insassen (12) in dem Fahrzeugpassagierabteil (16) zu bestimmen.
Fahrzeugpassagierabteil-Näherungserfassungssystem (10) nach Anspruch 8, wobei die erste Elektrode (20) in einem Fahrzeugsitz (14) in dem Fahrzeugpassagierabteil (16) angebracht ist.
Fahrzeugpassagierabteil-Näherungserfassungssystem (10) nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von zweiten Elektroden (22a-n, 23a-n) angrenzend zu einer Fahrzeug-Dachinnenverkleidung in dem Fahrzeugpassagierabteil (16) angebracht ist.
Von einem Computer lesbares Medium, das ein Computerprogramm enthält, das dann, wenn es von einem Computer ausgeführt wird, die folgenden Schritte ausführt: (a) Empfangen einer Vielzahl von Messungen eines elektromagnetischen Felds, das durch einen Insassen (12) hervorgerufen wird, an einer Vielzahl von Punkten in einem Fahrzeugpassagierabteil (16); und (b) Berechnen einer dreidimensionalen Position des Insassen (12) in dem Passagierabteil (16) unter Verwendung einer Signalverteilung auf Grundlage der Vielzahl von Messungen.
Von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 11, wobei der Schritt (b) den Schritt einer Verwendung eines Signalverteilungsfunktion, um die Position zu berechnen, einschließt.
Von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 12, wobei der Schritt (b) den Schritt zum Vergleichen von Differenzen unter dem elektromagnetischen Feld, das an der Vielzahl von Punkten hervorgerufen wird einschließt.
Von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Punkten so angenommen werden, dass sie im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.
Von einem Computer lesbares Medium nach Anspruch 11, ferner umfassend den folgenden Schritt: Bestimmen der Position des Insassen (12) in dem Schritt (b) auf Grundlage eines Vergleichs der Vielzahl von Messungen mit einem Kalibrierungssignal.