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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Detektor für Fahrzeugsitze, welcher
empfindlich ist gegenüber dem Gewicht einer Person, die auf dem Sitz Platz genommen hat,
und welcher eine Reihe von Kraftmeßwertgebern umfaßt deren elektrischer Widerstand sich
in Funktion der Kraft ändert, der die Meßwertgeber infolge des Gewichtes der Person
ausgesetzt sind, wobei diese Meßwertgeber von einem flexiblen in den Sitz eingelassenen
Substrat getragen werden und wobei die einzelnen Meßwertgeber parallel zwischen zwei
elektrischen Leitern geschaltet sind, um ein Netz zu bilden das eine bestimmte empfindliche
Fläche des Sitzes überdeckt.
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Ein Detektor dieser Art ist in dem Dokument DE-A-42 37 072 beschrieben worden,
und er dient dazu nachzuprüfen ob ein Sitz besetzt ist oder nicht und um die
Außerbetriebsetzung der Schutzvorrichtung mit dem Airbag (Luftkissen) zu steuern, damit
man nicht dazu gezwungen ist einen Airbag ersetzen zu müssen wenn ein Fahrzeuges
anschließend an einen Aufprall, der ein Entfalten des Airbags verursacht hat, repariert werden
muß. Diese Vorrichtung benutzt Krafmeßwertgeber von dem an und für sich bekannten FSR
Typus (Force Sensing Resistor) bei denen der Widerstand kleiner wird wenn sie einer Kraft
ausgesetzt sind, die senkrecht zu dem sie tragenden Substrat wirkt.
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Diese bekannte Vorrichtung umfaßt eine große Anzahl von einzelnen Meßwertgebern
die, was die Empfindlichkeit anbetrifft, unter sich identisch sind, und die parallel geschaltet
sind zwischen zwei elektrischen Leitern die von unterschiedlichen Spannungen getragen
werden. Dieses Netz folgt einer schlängelnden Laufbahn im Sitz des Insassen, um die
bestmögliche Empfindlichkeit zu gewährleisten und um sich an allen Stellen der
Sitzoberfläche zu befinden, welche dem Einfluß des Gewichtes des sich auf dem Sitz
befindlichen Insassen ausgesetzt sein können.
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Vom elektrischen Standpunkt aus gesehen, benimmt sich ein solches Netz von
einzelnen Meßwertgebern jedoch wie ein einziger individueller Meßwertgeber, d. h. wie ein
sich unter dem Einfluß einer Kraft ändernder Widerstand. Anders ausgedrückt, der
Widerstand zwischen den Klemmen der beiden gemeinsamen Leiter entspricht ungefähr dem
Widerstand des Meßwertgebers der den geringsten Widerstand darstellt, d. h. demjenigen der
dem höchsten Gewicht ausgesetzt ist. Die Vorrichtung ist jedoch nicht in der Lage Auskunft
darüber zu geben welcher tatsächlich der besagte Meßwertgeber unter allen einzelnen
Meßwertgebern des Netzes ist. Dies ist in der ins Auge gefaßten Anwendung auch nicht
notwendig, da das einzige Ziel des Erkennungssystems darin besteht, ein sich über einem
bestimmten Schwellenwert befindliches Gewicht zu melden, um zu wissen ob der Sitz in dem
die Vorrichtung eingebaut ist besetzt ist oder nicht.
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Nun ist es aber so, daß seit der Entwicklung dieses bekannten Erkennungssystems,
die auf dem Airbag beruhenden Schutzvorrichtungen verbessert worden sind und sie unter
die Betätigung durch einen Rechner gestellt werden können, wodurch es ermöglicht wird
komplexe Systeme von Airbags zum Einsatz zu bringen, welche mehrere Explosionspatronen
umfassen können oder mehrere einzelne Airbags mit einem unterschiedlichen Entfalten. Es
wird also möglich das Entfalten eines Airbags zu modulieren oder das Entfalten an die Zonen
anzupassen welche geschützt werden müssen, um auf diese Weise den Insassen eine
vergrößerte Sicherheit zu gewährleisten. Um aus allen Möglichkeiten Nutzen ziehen zu
können, wäre es demzufolge nützlich über zusätzliche Informationen bezüglich der Insassen
zu verfügen, um es dem Rechner zu erlauben den Airbag entsprechend zu steuern und sein
Entfalten den besonderen Umständen anzupassen.
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Das Dokument US-A-5.413.378 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung,
welche dazu dienen das Entfalten eines Airbags zu überwachen und welche verschiedene
Meßwertgeber einsetzen, um verschiedene Parameter bezüglich des Insassen auf dem Sitz zu
bestimmen. Die Vorrichtung weist Gewichtsmeßwertgeber auf, welche es erlauben zu
bestimmen welcher Gewichtskategorie der Insasse zugeordnet werden soll, während
Ultraschallfühler es erlauben seine Position zu bestimmen.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin einen Detektor vorzuschlagen,
welcher derjenigen Art, wie sie in der Präambel des unabhängigen Anspruches beschrieben
worden ist, zugeordnet wird und welcher nicht nur die Erkennung der Besetzung eines Sitzes
erlaubt, sondern welcher es darüber hinaus erlaubt zu wissen zu welcher Gewichtskategorie
der Insasse gehört und/oder seine Position auf dem Sitz zu kennen.
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Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt die vorliegende Erfindung einen Detektor von
der in der Präambel des unabhängigen Anspruches beschriebenen Art vor, welcher
gekennzeichnet ist durch mehrere Netze von Meßwertgebern, die es erlauben so viele
unterschiedliche Gewichtsschwellen auszumachen wie es Netze gibt, und in welchem einer
der elektrischen Leiter, aus einem oder mehreren Netzen, von einem Potentiometer gebildet
wird der die Bildung eines Spannungsgradienten erlaubt, so daß die einzelnen Meßwertgeber
an verschiedenen Spannungen angelegt sind, je nach deren Position und deren Verbindung
mit dem Potentiometer. Es ist also auf Grund der Messung der Spannung an dem anderen
Leiter des Netzes möglich das geometrische Zentrum des Kraftangriffes zu orten. Diese
Messung erlaubt es also die Position der Person auf ihrem Sitz zu bestimmen, oder
gegebenenfalls ihre Neigung, da diese Neigung den Schwerpunkt des Kraftfeldes entlang dem
jeweiligen Netz verlagert.
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Gemäß einer ersten Ausführungsweise sind die einzelnen Meßwertgeber eines selben
bestimmten Netzes unter sich im wesentlichen gleich, aber die Meßwertgeber eines Netzes
sind, bezüglich ihrer Empfindlichkeit, verschieden von denjenigen eines anderen Netzes, so
daß die Ansprechschwellen der Schwankungen des Widerstandes für die verschiedenen Netze
im wesentlichen die gleichen sind. Anders ausgedrückt, es entspricht einer zwischen den
Klemmen der verschiedenen Netze gemessenen Widerstandsschwelle ein bestimmtes
Gewicht, das für ein jedes der Netze verschieden ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsweise stimmen die verschiedenen
Gewichtsschwellen mit bestimmten Widerstandsschwellen in einem jeden der Netze überein.
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Sowohl die erste wie auch die zweite Ausführungsweise erlauben es die
Gewichtskategorie des sich auf dem Sitz befindlichen Insassen zu bestimmen, dies in
Funktion von dem Netz oder den Netzen wovon der Widerstand unter eine bestimmte
Schwelle fällt, und in Funktion von dem Netz oder den Netzen wovon der Widerstand über
diesem Grenzwert bleibt.
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Anders ausgedrückt, mit einer verhältnismäßig einfachen Anordnung erlauben es
dieselben Meßwertgeber sowohl die Gewichtskategorie des Insassen, als auch seine Position
und gegebenenfalls seine Neigung zu bestimmen.
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Die beiden elektrischen Leiter eines jeden Netzes, oder gegebenenfalls bloß des am
meisten empfindlichen Netzes, sind am Ende der Linie durch eine Diode verbunden, um eine
Kontrolle des fehlerlosen Funktionierens zu erlauben.
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Die verschiedenen Netze können gemeinsame elektrische Leiter aufweisen, um die
Anzahl der externen Verbindungen zu verkleinern. Es ist sogar möglich alle Netze zu einer
Matrize zu verkabeln, wenn ihre Anzahl genügend hoch ist.
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Andere Eigenschaften und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
ausführlichen Beschreibung von einigen vorteilhaften Ausführungsweisen, die nachstehend
zum Zwecke der Illustration dargelegt werden, unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen in welchen:
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- Fig. 1, ein Schema eines Erkennungskreises mit drei Meßwertgebernetzen
darstellt, und
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- Fig. 2, ein Schema eines Kreises mit zwei Netzen darstellt, welches es erlaubt das
Zentrum des Angriffes zu orten.
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Das Schema der Fig. 1, zeigt zum Zwecke der Illustration drei verschiedene
Erkennungsnetze, die durch die jeweiligen Referenznummern 10, 20 und 30 identifiziert
worden sind. Es muß jedoch unterstrichen werden, daß die Anzahl der Netze nicht auf drei
begrenzt ist, denn das Leistungsvermögen und die Empfindlichkeit der
Erkennungsvorrichtung werden umso größer sein je höher die Anzahl der Netze ist.
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Ein jedes der Netze 10, 20 und 30 umfaßt, wie in dem Dokument DE 4.237.072, eine
Reihe von Kraftmeßwertgebern 11, 12, 13 usw., welche wohl vorzugsweise, jedoch nicht
notwendigerweise von dem FSR Typus sind, deren elektrischer Widerstand unter dem
Einfluß einer Kraft abnimmt und die parallel geschaltet sind zwischen zwei elektrischen
Leitern A und B.
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Die Anzahl der Meßwertgeber in einem Netz ist nicht von Wichtigkeit, da es der
Meßwertgeber der dem höchsten Druck ausgesetzt ist der ausschlaggebend ist für den
Widerstand zwischen den Klemmen A und B, wobei die Position dieses Meßwertgebers in
dem Netz unwesentlich ist.
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Die verschiedenen Netze werden von einem nicht dargestellten flexiblen Substrat
getragen, welches an einer geeigneten Stelle des Überzuges oder der Polsterung des Sitzes in
denselben eingelassen ist, bzw. von mehreren solchen Substraten. Auf diese Weise wird die
größtmögliche Oberfläche erfaßt, und sie ist an allen Punkten dem Einfluß des Gewichtes
eines Insassen ausgesetzt, ohne die Bequemlichkeit dieses Insassen zu beeinträchtigen.
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Die verschieden Netze 10, 20, 30, usw. sind ausgelegt um verschiedene
Gewichtskategorien zu erkennen, zum Beispiel ein Gewicht von mehr als 10 kg für das Netz 10, ein
Gewicht von mehr als 50 kg für das Netz 20 und ein Gewicht von mehr als 100 kg für das
Netz 30.
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Zu diesem Zweck können die drei Gruppen von Meßwertgebern unterschiedliche
Empfindlichkeiten besitzen und können an spezifische Kraftbereiche angepaßt sein, um an
den Klemmen A und B eine Meßschwelle für den Widerstand zu liefern, welche dieselbe für
die verschiedenen Netze ist, d. h. daß ein bestimmter Widerstand Rs an den Klemmen der drei
Netze 10, 20 und 30 drei verschiedenen Gewichten auf den drei Netzen entspricht. Anders
ausgedrückt, in dem Falle des vorerwähnten Beispieles, wenn die Widerstände zwischen den
Klemmen A und B der drei Netze kleiner als Rs sind, dann bedeutet das, daß der Sitz von
einer Person besetzt ist deren Gewicht mehr als 100 kg beträgt. Wenn die Widerstände
zwischen den Klemmen A und B der drei Netze größer sind als Rs dann bedeutet das, daß der
Sitz ein Gewicht von weniger als 10 kg trägt oder daß er nicht besetzt ist, wenn das
Kriterium der Belegung auf 10 kg festgelegt ist.
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Wenn der Widerstand zwischen den Klemmen A und B der Netze 10 und 20 geringer
ist als Rs und wenn der Widerstand zwischen den Klemmen A und B des Netzes 30 größer ist
als Rs, dann bedeutet das, daß der Sitz besetzt ist von einer Person deren Gewicht zwischen
50 und 100 kg liegt.
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Es ist ebenfalls möglich für die verschiedenen Netze 10, 20 und 30 verschiedene
Widerstandsschwellen Rs10, Rs20 und Rs30 zu definieren, welche den jeweiligen Gewichten 10
kg, 50 kg und 100 kg entsprechen, wobei die Auslegung der Resultate dieselbe bleibt.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, für die drei Netze Meßwertgeber zu benutzen
die eine optimale Antwort in ihren jeweiligen Meßbereichen liefern. Auf diese Weise können
in den jeweiligen Meßbereichen N Gewichtsschwellen, die N Widerstandsschwellen zwischen
den zwei Klemmen A und B entsprechen, für jedes Netz definiert werden.
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Darüber hinaus kann in einem gegebenen Netz jeder Meßwertgeber eine an das nahe
Umfeld angepaßte Antwort liefern, um die Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften
der Materialien, welche die Kräfte auf die einzelnen Meßwertgeber übertragen, zu
kompensieren.
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Um die Anzahl der äußeren Verbindungen zu vermindern, ist es beispielsweise
möglich, wie dargestellt, für die Netze 20 und 30 einen gemeinsamen Leiter B für zwei
verschiedene Netze 20 und 30 vorzusehen. Es ist sogar möglich alle Netze zu einem Gitter
oder zu einer Matrize zu verkabeln wenn ihre Anzahl hoch ist.
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Es ist möglich am Ende der Netze, zwischen den Leitren A und B, eine Diode
vorzusehen, welche es ermöglicht das gute Funktionieren der Netze zu testen. Eine solche
Diode ist zum Zwecke der Illustration unter 29 in dem Netz 20 dargestellt worden, aber es ist
selbstverständlich, daß ein jedes der Netze der Vorrichtung mit einer Diode ausgestattet sein
kann. Eine solche Diode stört die Messungen nicht wenn sie auf eine solche Weise
ausgerichtet ist, daß sie den Strom während der Messung zwischen den Leitern blockiert.
Demgegenüber kann man aber auch, durch eine Umkehrung der Polarität der zwischen den
Leitern A und B angelegten Spannung, um die Diode leitend zu gestalten, eine
Unterbrechung der Schleife der Leiter durch eine Messung des Widerstandes in Serie
erkennen.
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Die Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsweise, die es nicht nur gestattet
verschiedene Gewichtsklassen zu ermitteln, sondern auch die Position, ja sogar die Neigung
eines Insassen auf seinem Sitz. Zur beispielhaften Veranschaulichung hat man die zwei Netze
40 und 50 dargestellt, wovon ein jedes eine Reihe von Meßwertgebern 41, 42, 43, 44, usw.,
bzw. 51, 52, 53, usw., umfaßt, die parallel geschaltet sind, jeweils zwischen zwei getrennten
Leitern A1 und A2 und einem gemeinsamen Leiter B. Bei dieser Ausführungsweise ist der
Leiter B in der Tat ein die Spannung an den beiden Klemmen 49 und 59 dividierender
Potentiometer von dem aus unterschiedliche Spannungen angelegt sind, so daß ein
Spannungsgradient geschaffen wird. Die verschiedenen Meßwertgeber eines jeden der Netze
40 und SO sind also an ein Potential angeschlossen, welches eine Funktion der
Anordnungsstelle deren Verbindungen mit dem Potentiometer ist.
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Die Messung der beiden Gewichtsschwellen erfolgt auf dieselbe Art und Weise wie
bei der Ausführungsweise nach der Fig. 1, da der Potentiometer einen geringen Widerstand
im Vergleich zu demjenigen der Meßwertgeber besitzt.
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Darüber hinaus erlaubt es die Messung der Spannung an den Klemmen A1 und A2
den Ort zu bestimmen wo sich die Kraft ausübt. In der Tat, wenn die Spannung an der
Klemme 59 höher ist als die Spannung an der Klemme 49, dann erlaubt es die Messung einer
Spannung an der Klemme A1, welche nahe an der Spannung an der Klemme 49 liegt, zu
schlußfolgern, daß es der Widerstand des unteren Meßwertgebers 41 ist, der einen
geringeren Widerstand aufweist als die anderen und folglich der maximalen Kraft ausgesetzt
ist, und daß es dieser Meßwertgeber ist der sich im Schwerpunkt der Kräfte befindet, die von
dem Gewicht eines sich auf dem Sitz befindlichen Insassen herrühren. Auf dieselbe Weise
erlaubt es eine Spannung, die nahe an der Spannung an der Klemm 59 liegt, zu schlußfolgern,
daß es insbesondere die Meßwertgeber der entgegengesetzten Seite sind welche dem
Gewicht einer Person ausgesetzt sind.
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Man kann auf diese Weise mit einer genügenden Genauigkeit, entlang einem Netz,
den Ort des Schwerpunktes der Kräfte bestimmen, also die Position des sich auf dem Sitz
befindlichen Insassen in Bezug auf das betroffene Netz. Indem man die verschiedenen Netze
auf eine geeignete Art und Weise in dem Sitz anordnet, kann man die Position der Person auf
demselben bestimmen. Man kann auch eine eventuelle Neigung einer Person auf ihrem Sitz
erkennen, und zwar durch ein Verlagern des Schwerpunktes der sich aus ihrem Gewicht
ergebenden Kräfte.
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Der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Detektor erlaubt es demzufolge
die Signale zu liefern die notwendig sind damit ein Betätigungsrechner eines die Airbags
umfassenden Schutzsystems das Entfalten der Airbags in Funktion des Gewichtes und der
Position einer Person anpassen kann, um die Sicherheit dieser Person zu vergrößern und um
nicht notwendige Verletzungen auszuschließen.
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Die vorgeschlagenen Detektoren können über das Sitzpolster und in dem Rückenteil
eines Sitzes verteilt sein, um nicht nur die Position einer Person, sondern auch die
Schwankungen der Druckausübungen auf das Sitzpolster und auf den Rückenteil eines Sitzes
aufzuspüren, um die Bewegungen dieser Person auf die bestmögliche Weise zu erkennen.
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Es bleibt schlußendlich festzustellen, daß wenn die Erfindung anhand eines auf
Airbags bezogenen Beispieles beschrieben worden ist, diese Erfindung aber keinesfalls auf
dieses Schutzsystem allein begrenzt ist, und daß sie in Verbindung mit anderen bereits
bekannten oder noch zu entwickelnden Systemen angewandt werden kann, um allen Insassen
eines Wagens Schutz zu verleihen, wie zum Beispiel bei den Spannern der Sicherheitsgurte,
die ebenfalls von der Betätigung durch den Rechners abhängig sind. Darüber hinaus können
diese Detektoren mit anderen Erfassungssystemen gekoppelt werden, um ein Bild der zu
schützenden Person zu erlangen, das so vollständig wie nur möglich ist.