KR20070078365A - 상대적인 임피던스 측정을 이용하는 차량 점유자 검출 - Google Patents

상대적인 임피던스 측정을 이용하는 차량 점유자 검출 Download PDF

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Abstract

상대적 임피던스, 접지와의 연결을 기반으로 하중, 또는 점유자가 검출된다. 센서가 용량, 또는 전계 효과, 또는 착석 영역에서의 하중에 따른 그 밖의 다른 특성을 측정한다. 상기 센서는 하나 이상의 전극(가령, 송신 및 수신 전극, 즉, 송신을 위한 하나의 전극, 수신을 위한 하나 이상의 전극)을 사용한다. 그 밖의 다른 전극이 여러 다른 임피던스에 연결되어 있다. 센서에 의한 측정이 점유자와 물체를 구별하거나, 승객의 특성(크기, 키, 중량, 자세)을 구별하며, 점유자의 접지 상태를 나타낼 수 있다.

Description

상대적인 임피던스 측정을 이용하는 차량 점유자 검출{VEHICLE OCCUPANT DETECTION USING RELATIVE IMPEDANCE MEASUREMENTS}
도 1(a) 및 1(b)는 전기장 송신을 사용하는 승객 검출 시스템의 기본적 동작을 나타내는 다이어그램이며, 이때, 도 1(a)는 두 개의 전극 사이의 교란되지 않은 전기장 분산을 나타내며, 도 1(b)는 두 개의 전극 사이에 물체가 존재할 때의 전기장 분산을 나타낸다.
도 2는 다수의 전극의 배열에 대한 하나의 실시예를 도식한 도면이다.
도 3은 승객 검출 시스템의 실시예를 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 4는 승객 검출 시스템의 또 다른 실시예를 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 5는 전극의 배열에 대한 하나의 실시예의 평면도 및 측면도이다.
도 6은 승객을 검출하는 방법의 하나의 실시예를 도식한 흐름도이다.
도 7은 하나의 실시예에서, 하중에 관련되어 위치하는 전극 층을 나타낸 도면이다.
도 8은 승객을 분류하기 위한 방법의 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 전극의 배열의 또 다른 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 전극의 배열의 또 다른 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 습기 센서를 갖는 수신 채널의 실시예를 나타내는 회로 다이어그램이다.
본 발명은 함께 출원된 U.S. 특허 출원 번호 10/422,329(2003, 04, 23)와 연결되어 있으며, U.S. 특허 출원 번호 09/798,788(2001, 03, 02)의 분할 출원이고, 상기 특허들은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 발명은 점유자 검출 시스템(occupant detection system)에 관한 것이며, 더 세부적으로는, 에어백을 제어하거나, 또는 경보를 발생하기 위해, 착석 영역(seating area)에서의 대상을 분류할 수 있는 점유자 검출 시스템에 관한 것이다.
에어백 장치는 자동차 충돌 동안 승객이 받게 되는 충격을 완화시킨다. 에어백은 운전자와 승객의 좌석 전방에 설치된다. 에어백이 또 다른 장소에 설치될 수 있다. 가령 승객을 바라보는 전방의 측부에서 설치될 수 있다.
거꾸로 놓인 유아 시트(RFIS: Rear Facing Infant Seat)가 앞쪽 탑승자 시트에 위치할 때, 상기 탑승자 측 에어백은 전개되지 않는 것이 바람직하다. 또한 전방 유아 시트(FFCS: Forward Facing Child Seat), 또는 유아에 대해, 상기 승객 측 에어백이 전개되지 않는 것이 바람직하다. 이와 유사하게, 유아, 또는 키가 작은 사람이 에어백 방향으로 기대는 것의 여부에 따라, 측면 충격 에어백의 전개가 제 한될 수 있다. 무생물 대상이 좌석에 존재할 때, 비용을 절약하기 위해 전개가 또한 제한되는 것이 바람직할 수 있다.
RFCS, 또는 FFCS, 또는 아동의 존재 여부를 검출하기 위한, 승객 검출 센서의 타입이 제안되어 왔다. 시트의 하중 특성을 검출하기 위해 전기장을 사용하는 시스템이 U.S. 특허 Nos. 5,948,031과 6,329,913과 U.S. Pat. No. 6,329,914에서 공개된다. 용량 감지(capacitive sensing)를 사용하는 또 다른 시스템, 가령 승객이 존재하게 됨에 따른 위상이나 주파수의 변화를 검출하기 위한 시스템이 또한 제안된 적이 있다. 두 종류의 시스템 모두 하나 이상의 안테나, 또는 전극으로부터의 송신 및 수신을 바탕으로 한다.
상대적 임피던스, 접지와의 연결을 기반으로 하중, 또는 점유자가 검출된다. 센서가 용량, 또는 전계 효과, 또는 착석 영역에서의 하중에 따른 그 밖의 다른 특성을 측정한다. 상기 센서는 하나 이상의 전극(가령, 송신 및 수신 전극, 즉, 송신을 위한 하나의 전극, 수신을 위한 하나 이상의 전극)을 사용한다. 그 밖의 다른 전극이 여러 다른 임피던스에 연결되어 있다. 센서에 의한 측정이 점유자와 물체를 구별하거나, 승객의 특성(크기, 키, 중량, 자세)을 구별하며, 점유자의 접지 상태를 나타낼 수 있다.
첫 번째 태양에 따라서, 점유자 착석 영역에서의 감지를 위해, 차량 점유자 검출 방법이 제공된다. 제 1 전극이 저-임피던스에 연결된다. 제 1 전극이 상기 저-임피던스에 연결되는 동안, 제 1 신호가 제 2 전극에서 측정된다. 상기 제 2 전 극, 또는 제 3 전극이 측정동안 송신한다. 사익 제 1 전극이 고-임피던스에 연결된다. 제 1 전극이 고-임피던스에 연결되는 동안, 제 2 신호가 제 2 전극에서 측정된다. 제 2 전극, 또는 제 3 전극이 상기 측정 동안 송신한다. 차량 시트의 하중 상태가 제 1 신호와 제 2 신호의 함수로서 판단된다.
두 번째 태양에 따라서, 차량 점유자 검출 시스템이, 점유자 착석 영역의 하중 상태의 감지를 위해 제공된다. 제 1 전극을 저-임피던스 노드와 고-임피던스 노드로 연결하도록 스위치는 작동한다. 센서가 제 2 전극과 측정 회로를 포함한다. 상기 측정 회로는, 상기 제 1 전극이 저-임피던스 노드와 고-임피던스 노드에 연결될 때, 각각 제 1 신호와 제 2 신호를 측정하기 위해 동작한다. 제 1 전극은, 제 1 신호와 제 2 신호의 측정 동안, 측정 회로에 의한 송신, 또는 수신을 위해 사용되지 않는다.
세 번째 태양에 따라, 승객 착석 영역의 하중 상태를 검출하기 위해 차량 승객 검출 시스템이 제공된다. 제 2 전극, 또는 제 3 전극과 연결되도록 신호 소스가 동작한다. 스위치가 제 1 전극을 저-임피던스 노드와 고-임피던스 노드로 연결하는 동작을 수행한다. 측정 회로는 제 1 전극이 저-임피던스 노드에 연결되어 있을 때와, 제 1 전극이 고-임피던스 노드에 연결되어 있을 때에, 각각 제 1 신호와 제 2 신호를 측정하는 동작을 수행한다. 신호 소스가 제 1 신호와 제 2 신호의 측정을 위해, 제 2 노드, 또는 제 3 노드와 연결되어 있고, 측정 회로가 제 1 신호와 제 2 신호의 측정을 위해, 제 2 전극, 또는 제 3 전극과 연결되어 있다. 프로세서가 제 1 신호와 제 2 신호의 함수로서 하중 상태를 판단하는 동작을 수행한다.
네 번째 태양에 따라서, 점유자 착석 영역의 하중 상태를 감지하기 위해 차량 점유자 검출 방법이 제공된다. 상기 방법은, 하나 이상의 전극을 사용하는 송신 동안, 송신과 수신하는 단계와, 송신 및 수신 동안, 하나 이상의 전극으로부터 제 1 신호와 제 2 신호를 측정하는 단계와, 송신 및 수신 동안, 상기 하나 이상의 전극과 다른 제 1 전극을 저-임피던스와 고-임피던스로 순차적으로 연결하는 단계와, 제 1 전극이 저-임피던스에 연결되는 동안 제 1 신호가 측정되고, 제 1 전극이 고-임피던스에 연결되는 동안 제 2 신호가 측정되는 단계와, 상기 제 1 신호 및 제 2 신호의 함수로서 하중 상태가 판단되는 단계로 이뤄져 있다.
도면이 점유자, 즉 승객의 하중 상태를 검출하기 위하여, 전극을 사용하는 다양한 실시예를 나타낸다. 승객, 점유자는 임의의 좌석 위치, 가령 운전석이나 승객석에 존재하는 사람을 설명하기 위해 사용된다. 이러한 하중 상태는 점유 상태(occupied), 또는 비-점유 상태(not occupied)를 포함하고, 또는 하중의 특성, 가령 생물, 무생물, 성인, 아동, 크다, 작다, 무겁다, 가볍다, 앞으로 기울어져 있다, 아동용 시트의 유무를 포함한다.
상기 하중 상태를 판단하기 위해, 서로 다른 매개변수가 측정될 수 있다. 가령 임의의 승객의 접지 상태가 측정된다. 상기 접지 상태를 바탕으로 임계치, 또는 그 밖의 다른 측정치가 변경된다. 또 다른 예로서, 서로 다른 임피던스와 연계되어 있는 측정치가 매개변수로서 홀로, 또는 그 밖의 다른 측정치와 함께 사용되어, 시 트의 하중 상태가 판단될 수 있다.
다음에서, 전극, 트랜스미터, 측정 회로에 연계되어 있는 서로 다른 점유자 센서(occupant sensor)에 대한 설명이 이뤄진다. 사용되지 않는 전극으로의 서로 다른 임피던스 연결을 바탕으로 하는 하나 이상의 점유자 센서의 사용에 대한 설명이 이뤄진다.
도 1(A)와 1(B)에서 나타난 바와 같이, 승객 좌석에 위치하는 두 개의 전극 사이의 미니트 전기장(minute electric field)이 검출된다. 고주파수의 저전압 신호가 하나의 전극으로 공급되고, 나머지 전극이 접지되어 있을 때, 상기 전극들 사이의 전위 차이 때문에 상기 전기장이 생성된다. 이러한 전기장은 하나의 전극(비-송신 전극)에서 접지로 흐르는 전류(수신 전류)를 생성한다. (승객의) 신체가 상기 전기장 내부에 존재할 경우, 상기 전기장의 혼란에 의해, 전류가 변화한다. 이와 유사하게, 신체의 존재에 반응하여, 송신 전극으로 제공되는 전류(로딩 전류)가 또한 변화한다.
상기 신체는 접지에 연결되어 있는 하나의 단자를 갖는 커패시터 기능을 한다. 상기 신체의 임피던스(저항 및 용량)가 전기장을 접지로 분로시킨다. 상기 신체가 차량 시트에 존재할 때, 송신 및 수신 전극에서의 전류 흐름의 변화가 상기 신체의 전기적 특성에 반응하여 발생한다. 예를 들어, 로딩 전류는 신체에 가까울수록, 상기 신체가 더 클수록 더 크다. 이러한 현상을 이용하여, 검출된 전류를 기존 값과 비교함으로써, 시트에서의 승객의 존재가 검출된다. 세부적으로, 시트의 대상의 하나 이상의 특성, 가령 상기 대상이 성인 크기의 사람인지 아닌지의 여부 가 획득된다. 대상으로부터 예측할 수 있는 거리, 또는 알고 있는 거리의 전극을 사용함으로써, 정보가 획득된다. 따라서 시트에서의 승객의 존재 및 그 위치가 검출된다.
승객의 존재 및 특성의 더욱 정확한 검출을 위해, 습도, 습기, 지표면 검출이 제공될 수 있다. 이러한 검출된 환경 조건들 중 하나 이상이 사용되어, 측정된 전류, 또는 적용된 알고리즘, 또는 수식, 또는 선택된 비교 테이블, 또는 그 밖의 다른 값을 변화시킬 수 있다. 실험, 또는 이론에 근거하여, 습도, 습기, 지표면 상태가 미치는 영향이 승객의 검출에서 제거되거나 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따라 승객 검출 시스템의 전극 E1 ~ E4를 사용하는 시트 1을 나타내는 투시도이다. 상기 전극 E1 ~ E4이 전도성 물질로 구성된 장방형 시트에서 형성되어 있다. 각각의 전극 E1 ~ E4는 동일한 형태를 갖거나, 다른 전극과는 다른 형태, 가령 사각형, 나선형, 장방형, 타원형, 원형, 도넛 형태, 속이 빈 사각형, 그 밖의 다른 다각형, 또는 각이 둥근 형태 같은 임의의 형태를 가질 수 있다. 상기 전극 E1 ~ E4는 시트 커버 직물에 바느질되어 있는 금속 섬유와, 상기 시트의 표면에 적용되는 전도성 페인트와, 전도성 테이프와, 전도성 시트, 또는 상기 시트 아래에서 설치되는 금속 플레이트를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 전극 E1 ~ E4는 유연한 회로 물질, 가령 PET 상에 형성된다. 예를 들어, 전극, 또는 전극 구성 중 하나가 U.S. serial No. 10/996,700에서 공개되며, 이는 본원에서 참조로서 인용된다.
전극 E1과 E2가 시트(1)의 바닥부(1a) 상에 장착되고, 상기 전극 E3와 E4가 등받이부(1b) 상에 장착된다. 이러한 전극은 승객의 예상 착석 위치와 관련하여 위치하는 것이며, 착석의 편안함을 촉진시키기 위해 장착된다. 대안적 실시예에서, 더 많거나 더 적은 전극이 동일하거나, 다른 위치에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 시트 바닥부에는 아무런 전극도 사용하지 않고, 시트의 등받이부에 7개의 전극을 사용(가령, 상기 시트 등받이의 중앙에 수직으로 배열된 6개의 전극과 차문에 가까운 시트의 모서리에 배열된 1개의 전극)할 수 있다. 또는, 시트 등받이부(1a)에 어떠한 전극도 사용하지 않고, 시트의 바닥부(1b)에 전극을 배치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 전극이 승객 칸 내부의 또 다른 위치에 위치한다. 가령, 차의 바닥, 대시(dash), 차 문, 천정에 위치하거나, 이들의 조합으로 위치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 승객의 유무, 상기 승객의 위치를 검출하기 위해 적외선, 초음파, 또는 그 밖의 다른 수단이 사용된다.
상기 시트(1)는 습도 센서 H1, 또는 습기 센서 W1을 포함할 수 있다. 상기 습도 센서 H1과 습기 센서 W1이 시트(1) 내부에, 예를 들자면 하나 이상의 전극 E1 ~ E4의 인접부에 위치하는 시트 포옴(foam)의 구멍 내부에서, 위치한다.
승객 검출( Passenger Detection )
도 3은 승객 검출 시스템(400)의 하나의 일반적인 실시예를 나타낸다. 상기 시스템(400)은 점유자 감지 유닛(402)과, SRS(Supplementary Restraint System)(404)와, 디스플레이 계측기(406)를 포함한다. 에어백을 가동을 활성, 또는 비활성시키기 위해, 상기 점유자 감지 유닛(402)은 제어 신호를 SRS(404)로 제공한다. 경보 램프 신호가 디스플레이 계측기(406)의 점유자 경보 램프(408)로 제공된 다. 상기 점유자 경보 램프(408)는 점유자 감지 유닛(402)에 의해 판단된 점유자의 분류를 나타낸다. 또는, 상기 점유자 경보 램프(408)가 상기 SRS(404)가 활성화되었는지, 비활성화되었는지를 나타낸다. SRS 경보 램프(410)가 상기 SRS(404)가 작업중인지의 여부를 나타낸다.
상기 SRS(404)를 전개하기 위해 낮은 레벨의 전력으로 활성화시킬 것인지, 또는 전개하기 위해 높은 레벨의 전력으로 활성화시킬 것인지, 또는 상기 SRS(404)를 비활성화시킬 것인지를 판단하기 위해, 상기 점유자 감지 유닛(402)은 점유자의 크기와 자세를 검출하기 위한 점유자 센서(412)를 포함한다. 통신 블록(414)이 야방향, 또는 단방향으로 SRS(404)와 통신한다. 경보 램프 제어 블록(416)이 앞서 설명한 바와 같이, 상기 점유자 경보 램프(408)를 가동시킨다. 선택적 기록 블록(418)이 점유자 감지 유닛(402)의 임의의 오류 코드, 또는 점유자 감지 유닛(402)에 의해 판단되는 점유자의 임의의 다양한 특성을 기록한다. 선택적 오류 보정 블록(420)에 의해, 상기 점유자 감지 유닛(402)이 적절하게 동작하는 지가 판단되고, 외부 통신이 제공된다.
상기 점유자 센서(412)는 전기장 센서(422)의 어레이와, 전기장 드라이버 및 검출기(424)와, 점유자 식별기(426)를 포함한다. 상기 전기장 센서(422)는 앞서 언급된 바와 같이, 분산된 전극을 포함한다. 상기 전기장 드라이버 및 검출기(424)는 전기장 센서를 이용하여 전기장을 생성하고, 각각 수신 전류, 또는 로딩 전류를 측정하기 위한 발진기와 전류 측정 회로를 포함한다. 수신 전류(receive current)는 송신에 사용되는 전극이 아닌 다른 전극에서 발생하는 전류를 포함한다. 로딩 전류(loading current)는 송신에 사용되는 전극에서 발생하는 전류를 포함한다. 상기 점유자 식별기(426)는 측정된 전류의 함수로서 임의의 점유자를 분류하기 위한 프로세서, 또는 아날로그 회로를 포함한다.
다양한 회로, 또는 방법을 이용하여 상기 시스템(400)은 구현될 수 있다. 일부 바람직한 회로 및 방법이 U.S. Pat. Nos. 5,948,031과 6,161,070과, 6,329,913과 6,329,914에서 공개되어 있으며, 이는 본원에서 참조로서 인용된다. 대안적 실시예에서, 상기 승객 검출 시스템은 승객의 존재 유무를 검출하기 위해, 용량성, 초음파, 적외선, 가시광선, 또는 그 밖의 다른 감시 시스템을 포함한다.
도 3의 시스템(400)의 하나의 실시예가 도 4에서 나타난다. 특히, 시스템(500)은 마이크로세서(502)와, 검출기(504)와, 발진 회로(506)와, 신호 컨디셔너(signal conditioner)(508)와, 센서(510)와, 선택 회로(512, 514)를 포함한다.
로딩 전류를 생성하고 검출하는 둘 이상의 경로가 제공된다. 이러한 경로 중 하나는 다음에서 설명된다. 나머지 경로는 동일하거나, 다른 소자를 포함한다. 대안적 실시예에서, 수신된 전류를 측정하기 위해, 또는 전류를 로딩하고 수신하는 것을 모두 수행하기 위해 하나 이상의 경로가 사용된다. 이러한 경로에서, 발진 회로(506)는 AC 신호, 가령 5 내지 12볼트의 범위내(가령 7볼트)의 약 90-120㎑의 주파수 신호를 생성하는 발진기를 포함한다.
신호 컨디셔너(508)가 연산 증폭기(516, 518, 520)와 저항기(522)를 포함한다. 일정한 전압원을 제공하기 위해, 발진 회로(506)에 연결되어 있는 상기 연산 증폭기(516)가 신호를 버퍼링한다. 상기 신호가 차폐된 케이블(524)을 통해, 센서(510)의 전극(526)으로 제공된다. 상기 신호에 반응하여 전기장이 생성된다. 센서(510)로의 하중이 증가할 때, 상기 저항기(522)를 거치는 전압이 증가한다. 변화된 전압의 크기가 차폐된 케이블(524)의 막(shield)에 연결되어 있는 연산 증폭기(518)에 의해 버퍼링된다. 막(shield)의 전압 레벨을 중앙 컨덕터(center conductor)와 동일하게 유지하기 위해, 이러한 연산 증폭기(518)는 높은 입력 임피던스와 저-출력 임피던스를 가질 수 있고, 이는 전도성 물질의 인접부로부터 센서(510)를 차폐한다.
상기 연산 증폭기(520)가 검출기(504)에 연결된다. 상기 검출기(504)가 전파 정류 회로(full-wave rectification circuit)(528)와, 필터 회로(530)를 포함한다. 상기 연산 증폭기(520)의 출력을 정류함으로써, 로딩 전류의 진폭 및 상기 진폭의 변화가 검출된다. 정류된 신호가 필터 회로(530), 가령 아날로그 로우-패스 필터(low pass filter)에 의해 필터링된다.
둘 이상의 센서(510)의 검출기(504)로의 경로에 대한 두 개의 가능한 실시예가 도 4에서 나타난다. 하나의 실시예에서, (S-individual이라고 표시된 경로에 의해 나타나는) 마이크로프로세서(502)를 제외하고, 각각의 경로가 별도의 소자를 포함한다. 대안적 실시예에서, 각각의 경로는 발진 회로(506)와 검출기(504)를 공유한다. 또는, 공유되는 경로와 개별 경로(individual path)의 조합이 사용된다.
공유 경로가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 개별 경로(individual path)는 제거된다. 상기 선택 회로(512, 514)가 마이크로프로세서(502)에 의해 제어되는 멀티플렉서, 또는 공유 멀티플렉서를 포함한다. 하나의 선택 회로가 발진 회로(506) 를 각각의 센서 경로로 연결하고, 또 다른 선택 회로가 상기 검출기(504)를 각각의 센서 경로로 연결한다. 로딩 전류를 이용한 분류, 또는 로딩 전류와 수신 전류의 조합을 이용한 분류를 위해, 상기 선택 회로(514, 512)는 독립적으로 동작한다.
검출기(504)의 출력이 마이크로프로세서(프로세서)(502)로 연결된다, 상기 프로세서(502)는 ASIC, 또는 기본 프로세서(general processor), 또는 디지털 신호 프로세서, 또는 SRS 제어 신호를 생성하기 위한 그 밖의 다른 디지털 프로세싱 장치를 포함한다. 예를 들어, NEC Corporation(Japan)의 PD78052CG(A) 마이크로프로세서가 사용되며, 아날로그 대 디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 마이크로프로세서(502)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 마이크로프로세서(502)는 임의의 점유자를 분류하기 위해, 로딩 전류, 또는 수신 전류를 측정한다. 로딩 전류의 작은 진폭은 하중(load)가 존재함을 나타낸다. 진폭, 또는 진폭의 변동이 하중의 임피던스의 변화를 의미한다. 상기 하중 임피던스는 하중(크기)의 유효 표면의 함수로서 변화하고, 상기 하중과 전극(526) 사이의 거리를 의미한다. 하중의 임피던스를 가리키기 위해, 위상, 또는 주파수가 또한 측정될 수 있다.
수신된 전류를 나타내는 최종 디지털 값(가령 8 비트 값)을 바탕으로, 상기 마이크로프로세서(502)가 승객의 크기, 형태, 자세 및 그 밖의 다른 특성을 판단한다. 상기 특성은 수리적 알고리즘, 또는 비교측정 연산의 함수로서 판단된다. 예를 들어, EEPROM, 또는 RAM, 또는 그 밖의 다른 메모리 장치를 사용하여, 디지털 값이 임계치, 또는 실험을 바탕으로 특성을 나타내는 데이터에 비교된다.
하중은 전극의 어레이의 함수로서 특징지워질 수 있다. 하나 이상의 전극들의 임의의 배열이 사용될 수 있다. 도 5는 전극 배열(100)의 하나의 실시예를 나타낸다. 다수의 전극(102, 104, 106, 108, 110, 112)이 두 개의 층으로 배열된다. 상기 층은 절연체(114)에 의해 분리된다. 상기 절연체(114)는 시트 쿠션(가령 3/8 인치 두께의 폴리에틸렌 포옴), 또는 단단한 본체, 또는 공기, 또는 전자기 에너지가 침투할 수 있는 그 밖의 다른 장치를 포함한다. 이러한 실시예에서, 상기 전극(102, 104, 106, 108, 110, 112)은 전도성 막을 포함하나, 전도성 직물, 또는 포일(foil), 또는 그 밖의 다른 전도성 물질일 수 있다. 상기 전극(102, 104, 106, 108, 110, 112)은 시트의 바닥부에 연결되어 있다. 예를 들어 상기 바닥부에서 중앙에, 상기 시트의 앞에서 뒤까지 어레이의 형태로 배열된다.
각각의 층에서 상기 전극에 의해 형성되는 형태는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 각각의 층에 대해 서로 다른 형태의 전극이 사용된다. 각각의 층은 하나의 면에 위치하나, 비-평면 배열로 배열될 수 있다. 비-평면 배열을 위해, 측정치를 얻기 위해 사용되는 전극의 함수로서 전극의 팬텀 층(phantom layer)이 생성된다.
시트 내부에 삽입됨으로써, 또는 상기 시트의 외부 표면에 인접하게 위치함으로써, 또는 상기 시트의 외부 표면에서 위치함으로써, 배열(100)이 상기 시트에 연결된다. 따라서 상기 배열(100)은 승객의 좌석에 인접하게 위치한다. 둘 이상의 층은 상기 시트의 외부 표면으로부터 서로 다른 거리를 둔다(즉, 승객 좌석으로부터 서로 다른 거리를 둔다). 대안적 실시예에서, 상기 배열(100)은 좌석, 또는 시트 표면으로부터 동일한 거리만큼 떨어진 단일 전극 층이다.
하나의 실시예에서, 상기 다수의 전극으로부터의 로딩 전류가 측정된다. 예를 들어, 도 4의 시스템을 사용하여, 로딩 전류는 각각의 전극으로부터 순차적으로 측정된다. 이러한 예에서, 하나의 전극의 로딩 전류가 측정되는 동안, 나머지 전극들이 접지된다. 또는, 상기 나머지 전극 중 하나 이상이 전기적으로 고립된다(접지되지 않는다). 또 다른 실시예에서, 상기 나머지 전극은 순차적으로 저-임피던스(lower impedance)와 고-임피던스(higher impedance)에 연결된다.
도 6은 승객의 특성을 감지하기 위한 하나의 바람직한 실시예의 흐름도를 나타낸다. 이러한 처리과정이 실시간으로 반복된다. 단계(202)에서, 전기장이 생성된다. 예를 들어, 차량 시트의 외부 표면으로부터 서로 다른 거리만큼 떨어져 있는 둘 이상의 전극 중 하나에게로 AC 신호가 제공된다. 도 4의 발진 회로(506)가 알려진 전압 진폭과 주파수를 갖는 교류(AC) 신호를 생성한다. 상기 AC 신호로 인하여, 전극은 시트에 인접하는 승객 영역에서 미니트 전기장(minute electric field)을 방출한다. 상기 시트에 앉거나, 위치하는(즉, 안테나 전극에 인접하는) 대상의 전기적 특성이 상기 전기장을 교란시킨다. 이러한 전기장 교란은 상기 안테나 전극에서 흐르는 전류의 양을 변화시키고, 상기 안테나 전극에서 생성되는 AC 신호의 위상을 상기 발진 회로에서 생성되는 본래의 AC 신호와 다르게 변화시킨다.
단계(204)에서, 둘 이상의 전극 중 하나에서 신호가 측정된다. 예를 들어, 로딩 전류, 또는 수신 전류가 검출되어 전압으로 변환된다. 도 4의 실시예에서, 임피던스(또는 저항 요소)와 차동 증폭기(또는 그 밖의 다른 증폭기)가 전극에서의 전류를 측정하기 위해 사용된다. 이러한 임피던스/저항 소자는 Susumukougyou(Japan)에서 제조되는 PR1220P-103-D이며, 이는 전극에 연결된다. 상기 차동 증폭기가 임피던스/저항 소자를 가로질러 연결되며, 임피던스/저항 소자를 가로지르는 전압 차이를 기반으로 전류 신호를 생성한다. 특히, 전류 차동 증폭기는 발진 회로의 출력 신호의 전압 레벨을 안테나 전극 상에서 생성되는 전압 레벨과 비교하고, 상기 차이를 나타내는 전류 신호를 생성한다.
시트에 사람이 착석할 때, 전류 검출 회로의 검출 전류가 증가한다. 상기 시트에 수화물이 있을 때나, 상기 시트가 비어있을 때는 감소한다. 어느 경우든지, 점유된 상태와 점유되지 않은 상태 간의 검출된 전류 레벨의 차이가 존재한다. 위상 차이에 대해서도 마찬가지이다.
단계(205)에서, 둘 이상의 전극의 나머지에서의 신호가 측정된다. 예를 들어, 로딩 전류, 또는 수신 전류가 검출되고 전압으로 변환된다. 각각의 전극에서의 측정치는 순차적인 로딩 전류의 측정치이거나, 순차적인 수신 전류의 측정치이다. 또는 하나의 전극에서 로딩 전류가 측정되고, 나머지 전극에서 수신 전류가 측정되며, 이는 동시에 이뤄지든지, 순차적으로 이뤄진다.
앞좌석에 성인 승객이 착석하였는지의 여부를 정확하게 식별하기 위해, 전류, 또는 위상 차이가 저장된 값과 비교된다.
승객의 키, 자세, 크기, 앉은 방향, 움직임, 또는 그 밖의 다른 특성을 판단하기 위해, 측정된 전류가 사용된다. 또 다른 특성이 판단될 수 있다. 가령 U.S. Pat. No. 5,914,610에서 공개된 바와 같은 특성이 판단될 수 있고, 상기 출원은 본원에서 참조로서 인용된다. 예를 들어, 시간의 함수로서의 거리 R의 변화가 움직임 을 나타낸다.
도 7은 하중(604)의 크기 A와 거리 R을 판단하기 위해, 두 개의 층(600, 602)을 나타낸다. 예를 들어, 하중(604)는 승객 좌석 영역에서 시트 위에 위치하는 점유자를 포함한다. 상기 하중(604)는 전극의 상부 층(600)으로부터의 거리 R만큼 떨어져 존재한다. 상기 상부 층(600)과 하부 층(602)은 거리 d만큼 떨어져 있다.
시트의 외부 표면으로부터 거리 d만큼 떨어져 있는 두 개의 전극을 이용하여, 상기 하중 A와 거리 R이 판단된다. 로딩 전류 S와 하중 A와 거리 R은 S=K(A/R)로 표현되며, 이때 K는 상수이다. 둘 이상의 서로 다른 로딩 전류 측정치를 사용하여, 승객에게 가까운 전극 중 하나(가령 상부 전극(St))와, 승객에서 먼 전극 중 하나(가령 하부 전극(Sb))과, 하중와, 거리가 전극간의 거리(d)의 함수로서 판단된다. 따라서 시트의 외부 표면으로부터의 전극 간의 거리의 차이의 함수로서 점유자의 특성이 판단된다. St=K1(A/R)과 Sb=K2(A/(R+d))이다. A와 R을 구하기 위해, A=(d*Sb*St)/(St-Sb)이고, R=(d*Sb)/(St-Sb)이다. 따라서 하중의 크기와 전극으로부터의 거리가 판단된다. 대안적 실시예에서, 상기 A와 R이 거리 d의 스케일링 없이, 비-전송 전극에서 수신된 전류의 함수로서 해결된다.
둘 이상의 전극이 사용된다. 예를 들자면 도 5에서는 6개의 전극이 나타난다. 전극의 어레이를 이용하여, 상기 하중의 분산이 판단될 수 있다. 예를 들어, 하중 A와 거리 R은 서로 다른 한 쌍의 전극을 사용하여 판단되고, 이에 따라서 어레이의 다양한 위치의 인접하게 하중과 거리가 제공된다. 6개의 전극을 사용하여, 3개의 서로 다른 하중 및 거리가 판단된다. 더 많은 수의 전극의 어레이, 또 는 비-송신 전극에서의 추가적으로 사용되는 수신 전류가 더 큰 공간 분해능에 대해 제공된다.
하나의 실시예에서, 절연체(114)는 연성, 또는 반-경성이며, 이에 따라 전극 층간의 거리가 예측할 수 있게 변화한다. 예를 들어, 전극은 쿠션, 또는 포옴 절연체의 서로 다른 측면 상에 위치한다. 따라서 층간의 거리가 d=f(A)로 나타내어지는 하중의 함수로서 변화한다. 상기 거리는 승객의 중량의 함수로서 변화한다. 또 다른 실시예에서, d=c-ka이며, 이때 c와 k는 절연체의 압축성의 함수로서 결정된, 또는 실험에 의해 결정된 상수이다. 거리 d의 또 다른 표현, 가령 d=c-(k1)A-(k2)A.sup.2이 사용될 수 있다(이때, k1과 k2는 상수이다). 앞서 언급된 방정식을 사용하여, 전극들 간의 거리의 함수로서, 배열(100)로부터 하중과 거리가 판단된다. 이에 따라 시스템 상에서의 하중 충격을 합산함으로써 하중 상태의 더 정확한 판단이 가능해질 수 있다.
판단된 하중 및 거리 정보를 바탕으로, 하중 상태가 특징지워진다. 예를 들어, 하중은, (1) 하나 이상의 자세를 취하고 있는 성인, (2) 하나 이상의 자세를 취하고 있는 아동, 또는 키가 작은 성인, (3) FFCS의 아동, (4) RFCS의 유아, (5) 기타 대상으로 분류된다. 상기 분류는 기대치와의 비교에 의해 판단되는 것이 바람직하다. 또는, 하중의 분산을 판단함으로써, 승객의 목에 위치를 파악하는 알고리즘이 사용되어, 에어백 가동에 대해 충분히 큰 점유자와, 에어백 가동에 대해 너무 작은 점유자로 분류된다. 또 다른 실시예에서, 측정치의 함수가 상기 분류를 판단한다.
도 8은 에어백 시스템을 활성화, 또는 비활성화 시키거나, 분류의 함수로서 제어 신호를 제공하기 위하여, 측정된 신호를 사용하기 위한 하나의 실시예의 흐름도이다. 차량 시트의 바닥부에 위치하는 도 5의 전극 배열(100)을 이용하여 동작하도록 흐름도가 최적화된다. 그러나 그 밖의 다른 전극 배열도 사용될 수 있다.
상기 시스템은 상기 시트가 비어있는지의 여부를 프로세스(302)에서 판단한다. 프로세스(304)에서, 시스템은 상기 시트가 아동용 시트로 점유되었는지의 여부를 판단한다. 프로세스(306)에서, 상기 시스템은 상기 시트가 성인이나 아동에 의해 점유되었는지를 판단한다. 프로세스(308)에서, 분류의 신뢰성을 증대시키기 위해, 상기 시스템은 다양한 비교 검토, 또는 추가적인 프로세스를 수행한다. 이러한 프로세스는 임의의 순차로 수행되거나, 조합되어 수행될 수 있다. 가령, 프로세스(308)의 하나 이상의 비교검토가 다른 프로세스(302, 304, 306)의 한 부분으로서 수행된다. 일부 프로세스는 다른 프로세스에서 이뤄진 판단에 의해 생략될 수 있다. 가령, 시트의 분류가 비어 있는 시트라는 판단 후의 모든 프로세스는 생략된다. 분류를 위한 서로 다른 프로세스, 또는 알고리즘, 또는 수식이 사용될 수 있다.
프로세스(302)에서, 상기 시트가 비어 있는지의 여부를 판단하기 위해, 단계(310)에서, 시스템은 카운트를 0으로 정한다. 6개의 전극의 각각에 대하여, 단계(314, 316)는 반복(i)되며, 이는 루프(312)에 의해 나타난다. 단계(314)에서, 각각의 로딩 전류에 대한 값이 빈 상태 임계치(empty threshold)와 비교된다. 상기 로딩 전류가 임계치보다 높을 경우, 단계(312)에서 프로세스(302)는 다음 전극으로 넘어간다. 로딩 전류가 임계치보다 낮을 경우, 빈 상태 변수는 1 증가한다. 따라서 프로세스(302)는 임의의 주어진 시간에서 빈 상태 임계치보다 낮은 로딩 전류 값의 수의 카운트를 제공한다. 하나의 실시예에서, 로딩 전류 값 중 임의의 값이 임계치보다 높을 경우, 시트는 점유된 시트라고 분류된다.
프로세스(302), 또는 그 밖의 다른 프로세스의 실시예에서, 팬텀 전극(phantom electrode)의 로딩 전류를 나타내기 위해, 둘 이상의 전극으로부터의 로딩 전류의 평균이 구해진다. 예를 들어, 도 5에서 나타난 쌍을 이루는 설계의 경우에서, 서로 다른 전극 그룹의 로딩 전류의 평균을 구함으로써, 4개의 팬텀 로딩 전류, 각각의 층에 2개씩이 결정된다. 전극(102, 104, 106, 108, 110, 112)을 전극(S1, S2, S3, S4, S5, S6)으로 표시하여(이때 S1, S3, S5는 제 1 층을 포함하고, S2, S4, S6은 제 2 층을 포함), 4개의 팬텀 로딩 전류는 다음과 같이 계산된다:
S.sub.avg 1=(S1+S3)/2
S.sub.avg 2=(S2+S4)/2
S.sub.avg 3=(S3+S5)/2
S.sub.avg 4=(S4+S6)/2
시트가 아동용 시트에 의해 점유되었는지를 판단하기 위한 프로세스(304)에서, 시스템은 단계(320)에서, 아동용 시트의 카운트를 0으로 초기화한다. 단계(322, 324, 326, 328)가 로프(322)에 의해 나타나는 바와 같이 각각의 4개의 섹션 동안 반복(i)된다. 상기 4개의 섹션은 둘 이상의 전극과 그에 연계되어 있는 로딩 전류 측정치의 4개의 고유한 조합에 대응한다. 예를 들어, 4개의 섹션은 전극의 4개의 조합, 즉 (1)전극 1, 2, 3, (2)전극 2, 3, 4, (3)전극 3, 4, 5, (4)전극 4, 5, 6으로부터의 로딩 전류를 포함한다. 또 다른 조합이 사용될 수 있다.
단계(324)에서, 제 1 섹션에서 로딩 전류로부터 하중 A와 거리 R이 판단된다. 앞서 언급된 바와 같이 수식이 결정된다. 하나의 실시예에서, 하중 A의 수식은 다음과 같다:
A0=(S.sub.avg 1*S2)/(S.sub.avg 1-S2)*(S2).sup.-y;
A1=(S3*S.sub.avg 2)/(S3-S.sub.avg 2)*(S.sub.avg 2).sup.-y;
A2=(S.sub.avg 3*S4)/(S.sub.avg 3-S4)*(S4).sup.-y;
A3=(S5*S.sub.avg 4)/(S5-S.sub.avg 4)*(S.sub.avg 4).sup.-y
이며, 이때 보정 계수(Sb),sup.-y가 사용된다. 실험값을 바탕으로, 하나의 바람직한 값으로 y=0.4가 있다. 임의의 하중 A가 0이하일 경우, 상기 값은 -1로 할당된다. R이 다음과 같이 계산된다.
R0=A0/S.sub.avg 1;
R1=A1/S3;
R2=A2/S.sub.avg 3;
R3=A3/S5
이며, 이때 임의의 거리 R 값은, 대응하는 A의 값이 -1일 경우, 99999로 할당된다.
전극 층간의 거리가 하중의 함수로서 변화한다. 단계(326)에서, 전극으로부 터 하중까지의 거리 R이 아동용 시트의 임계치와 비교된다. 상기 거리 R이 임계치 이상일 경우, 단계(322)에서 프로세스(304)가 다음 섹션으로 증가시킨다. 거리 R이 임계치 이하일 경우, 아동용 시트의 카운트 변수는 1 증가한다. 따라서 임의의 주어진 시간에서의 아동용 시트의 임계치보다 높은 거리 R을 이용하여, 프로세스(304)가 섹션의 번호를 카운트한다. 즉, 시트로부터 이격되어 있는 물체에 대응하는 거리 값을 갖는 섹션의 번호가 판단된다. 하나의 실시예에서, 4개의 섹션 중 3개의 섹션이 임계치보다 높은 거리 R에 대응할 경우, 상기 시트는 아동용 시트에 의해 점유되어있다고 분류된다. 상기 아동용 시트는 R1<R2<R3인 경우, FFCS로 분류되고, R>R1>R2일 경우, RFIS로 분류된다.
시트가 아동, 또는 성인에 의해 점유되었는지의 여부를 판단하기 위해 프로세스(306)에서, 단계(334)에서 상기 시스템이 영역 계수를 0으로 초기화한다. 루프(336)에 의해 나타나는 바와 같이 4개의 섹션 각각에 대하여 하중 값 A의 비교를 3번 수행하기 위해 단계(338, 340)가 반복된다. 단계(338)에서, 하나의 섹션에 대한 하중이 다른 섹션의 하중과 비교된다. 가령, 단계(336)의 루프 카운트에 의해 판단되는 섹션의 하중을 영역 계수에 의해 정의되는 섹션의 하중과 비교된다. 예를 들어, 섹션1의 하중은 섹션0의 하중과 비교된다. 루프 카운트에 의해 형성되는 번호의 섹션의 하중이 영역 계수에 의해 형성되는 하중보다 작을 경우, 단계(336)에서, 프로세스(306)가 다음 섹션으로 증가시키고, 연계되어 있는 루프 카운트를 1 증가시킨다. 하중이 성인에 대응하는지 아동에 대응하는지를 판단하기 위해, 최대 하중 값이 임계치에 비교된다.
하나의 실시예에서, 프로세스(306)를 수행함에 있어, 최대 거리 값 R에 대응하는 하중 값 A는 제외된다. 이렇게 제외함으로써, 앞서 언급된 팬텀 로딩 전류 실시예에서, 두 개의 인접한 전극으로부터 로딩 전류의 평균을 냄에 따른 잘못된 데이터를 제거할 수 있다.
프로세스(308)에서, 한 번 이상의 체크, 또는 다른 단계가 수행되어 상기 분류를 식별하거나 제한할 수 있다. 예를 들어, 프로세스(302, 304, 306)의 수치적 결과는 시간의 함수로서 평균 내어 진다. 이러한 이동 평균법(running average)가 사용되어 임의의 점유자를 분류할 수 있다. 또는, 임계치와 비교, 또는 계산에 앞서, 시간의 함수로서 로딩 전류의 측정치의 평균이 구해진다.
또 다른 실시예에서, 특성이 분류되면, 시간 주기, 가령 5초 동안, 이러한 분류는 고정된다. 프로세서(302)와 마찬가지로, 순차적인 측정치의 서로 다른 세트에 대해 프로세서(304, 306)가 반복된다. 순차적인 서로 다른 분류가 폐기되거나, 평균이 내어지고, 시간 주기가 흐를 때까지 방치된다. 이에 추가적으로, 또는 이를 대체하여, 특정한 개수의 연속적이거나 순차적으로 연속적인 분류에 의해, 특성이 변했음이 지시되지 않는다면, 분류가 변하지 않는다. 또 다른 대안 실시예에서, 차량의 시동이 꺼질 때까지, 또는 빈 상태 분류가 판단될 때까지, 아동, RFCS, FFCS 분류가 고정된다.
또 다른 예에서, 오버래핑 임계치(overlapping threshold)가 한 종류의 분류에 우선 순위를 부여하기 위해 사용된다. 하나의 실시예에서, 분류를 성인에서 아동으로 이동하는 것이, 아동에서 성인으로 이동하는 것보다 더 쉽도록 임계치가 설 정된다. 예를 들자면, 분류가 성인일 경우, 점유자를 아동으로 분류하기 위한 최대 하중 임계치는, 분류가 아동에서 시작되는 것보다 더 높도록 설정된다. 이와 유사하게, 자동차 시트 분류에 필요한 섹션의 번호, 또는 임계치는 가장 최근의 우선 순위 분류의 함수로서, 서로 다를 수 있으며, 이에 따라서 성인(또는 아동)과 자동차 시트 간의 우선순위화가 야기된다. 이러한 우선순위화는 그레이존(gray zone), 또는 임계치들 사이의 영역을 제공한다. 예를 들어, 평균 6살 아동에 대한 하중을 기반으로 하한 임계치가 설정되고, 상한 임계치는 상위 5퍼센트의 성인 여성에 대한 하중을 기반으로 설정된다. 상기 그레이존으로 분류되는 임의의 점유자가 우선순위에 따라, 예를 들어, 아동 분류로서 분류된다.
하나의 실시예에서, 성인 분류라는 결과가, 시트의 바닥부 위에 아동이 한 점으로 서 있음에 따fms, 또는 상기 시트 바닥 위에 장바구니가 놓여 있음에 따른 결과인지를 식별하기 위한, 체크가 수행된다. 시트의 하나의 섹션에서의 하중을 바탕으로 성인이라 분류하기 때문에, 이러한 체크에 의해, 앉아 있는 성인에 대한 것과 같이, 상기 하중이 분산되었는지가 식별된다. 각각의 인접 섹션에서의 하중에 대한 최대 하중의 비는 하중 분산 임계치와 비교된다. 예를 들어, 최대 하중 A.sub.max는 A1 하중이며, A1>A0의 135%, 또는 A2<A3의 120% 일 경우, “IRREGULAR” 분류가 사용된다. 이와 유사하게, Amax=A2이고, A>A1의 135%, 또는 A2>A3의 200%일 경우, 또는 Amax=A3이고 A3>A2의 135%일 경우, 그 상태 역시 “IRREGULAR”라고 판명된다. 또는, 나머지 섹션에 대한 하중, 가령 인접 영역과 연계되어 있는 하중이 최대 하중과 동일한 하중 임계치, 또는 그 보다 더 작은 하중 임계치와 비 교된다. 하중의 분산이 성인에 대응할 경우, 분류가 식별된다. 아닐 경우, 분류는 아동으로 전환된다. 에어백을 비활성시키는 제어 신호가 이러한 비정규 분류(irregular classification)에 반응하여 제공된다.
그 밖의 다른 체크가 수행될 수 있다. 최대 하중 A가 A0 하중일 경우, 점유자가 바른 자세를 취하지 않거나, 시트의 모서리에 앉아 있다고 여겨질 수 있다. 이러한 분류는 “IRREGULAR” 분류이다.
LED, 또는 그 밖의 다른 출력 장치가 제공되어 제어 신호의 상태를 나타내 주는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에어백이 비활성 상태일 때, LED가 빛을 발한다.
하나의 실시예에서, 통상적인 자동차 시트 재료를 이용하여, 층간의 거리가 측정된다. 자동차의 시트는 부분적으로 오픈 셀 구조의 폴리우레탄 포옴으로 제조된다. 상기 포옴은 전극 층 사이의 절연체로서 사용된다. 이러한 접근법에 의해, 편안함이 개선되고, 센서를 시트로 몰딩하는 것이 더욱 간편해질 수 있다. 그 밖의 다른 물질, 가령 더욱 견고하거나, 더욱 부드러운 물질이 사용될 수 있다.
이러한 실시예에서, 절연 층의 압축(가령 오픈 셀 구조의 폴리우레탄 포옴의 압축도)이 질량 A와 거리 R의 계산에 고려될 수 있다. 덧붙이자면, 점유자의 중량 W을 판단하기 위해 압축도가 사용될 수 있다. 상기 중량은 하중의 특성 파악 및 그에 연계된 에어백 시스템의 제어를 위해 사용된다.
층간 거리 d를 측정함으로써, 절연 층의 압축도가 판단된다. 도 9에서 나타나는 바와 같이 각각의 전극에 대한 절연 층의 반대 측부에 센서 S가 추가된다. 전 극의 두께는 절연체의 두께 d에 비교하여 무시할 수 있는 정도이나, 도 9에서는 참조의 용이를 위해 충분한 두께로 나타났다. 대안적 실시예에서, 센서 S는 전극 E의 서브-세트, 또는 그 중 하나만 반대편에 추가된다. 예를 들어, 센서 S는 전극의 상부 층 반대편에는 위치하나 전극의 하부 층에는 위치하지 않는다. 대안적 실시예에서, 그 밖의 다른 전극 E이 추가된 센서 S 대신 사용된다.
센서 S는 전극, 가령 금속 포일(metal foil), 또는 웨빙, 또는 그 밖의 다른 물질을 포함한다. 각각의 센서 S는 다른 센서 S, 또는 전극 E와 유사하거나 다른 형태, 또는 크기를 포함하는 임의의 형태, 또는 크기이다. 하나의 실시예에서, 센서 S는 각각의 반대쪽 전극과 동일한 형태이나, 그보다 더 작은 영역을 차지한다. 예를 들어, 각각의 센서 S의 영역은 각각의 반대편 전극 E의 영역의 약 1/10이다. 도 9는 이러한 배열을 나타낸다. 나타난 바와 같이, 상기 센서 S가 반대편 전극 E의 중심 근방에 위치하지만, 다른 관련 위치도 가능할 수 있다.
본 실시예의 센서 S와 전극 E의 배열이 거리 d를 측정하기 위해 사용된다. 첫 번째 실시예에서, 전극 E 중 하나 이상에 대하여 두 개의 측정치가 취해지며, 하나는 반대편 센서 S가 플로팅 상태(즉, 전기적으로 연결되어 있지 않은 상태)이고, 다른 하나는 반대편 센서 S가 접지된 상태이다. 두 번째 경우에서, 반대편 전극 E이 접지되어 있는 센서 S에 대해 로딩 전류, 또는 그 밖의 다른 전류가 측정된다.
첫 번째 실시예를 참조하여, 하부 전극 E이 예로서 사용된다. 전극-센서 조합의 나머지에 대해, 동일한 측정치가 사용될 수 있다. 상기 플로팅 측정은, B=K(A/(R+d)+Sfloat/d)이며, 이때 B는 하부 전극 E의 수신 전류, 또는 로딩 전류이고(앞서 논의된 유사 방정식에서의 Sb), Sfloat은 플로팅 상태에서, 두께 센서 S에 의해 발생되는 하중을 나타낸다. Sfloat은 센서 S와 반대편 전극 E의 상대적인 크기와 형태의 함수로서 판단되는 상수이다.
접지되는 센서 S를 이용한 측정치는, Ba=K(A/(R+d)+Sgnd/d)이며, 이때 Ba는 하부 전극 E의 수신 전류, 또는 로딩 전류이고(앞서 언급된 유사 방정식에서 Sb), Sgnd는 접지된 상태에서의 두께 센서 S에 의해 발생되는 하중을 나타낸다. Sgnd는 또한 센서 S의 상대적인 크기와 형태 및 접지된 연결의 함수로서 판단되는 상수이다.
상기 전극들은 스위치(702)를 사용하여, 플로팅되거나, 접지되거나, 저-임피던스 노드, 또는 고-임피던스 노드에 연결된다. 상기 스위치는 트랜지스터, 또는 멀티플렉서, 또는 그 밖의 다른 스위칭 장치를 포함한다.
앞서 언급된 방정식이 Ba-B=K(Sgnd/d-Sfloat/d)를 제공하기 위해 조합된다. Sfloat은 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 센서 S는 앞서 언급된 영역보다 더 낙은 영역을 갖고, 이에 따라서, Sfloat이 판단에 있어 제외될 수 있다. 상기 조합된 방정식이 Ba-B=K(Sgnd/d), 또는 d=K(Sgnd/(Ba-B))가 된다. A 및 R를 계산하기 위해, 상부 전극과 하부 전극에 대한 측정치, T 및 B가 획득된다. 센서 S를 사용하는 추가적인 측정이 사용될 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극에 대한 해법은, T=K(A/R), 그리고 R=K(A/T), 그리고 B=K(A/(R+d))이다. A에 대하여 풀면, A=Const.*(TB/(T-B))*(Sgnd/(Ba-B))이다.
이와 유사하게, 앞서 언급된 바와 같이, 거리 d에 대하여 (Sgnd/(Ba-B))를 사용하여 R이 풀린다. A와 R이 사용되어 임의의 점유자의 특징을 파악할 수 있고, 에어백, 또는 그 밖의 다른 시스템을 제어할 수 있다. A, 또는 R의 방정식에서의 상수는 실험을 통해 판단되고, 본원에서 논의되는 임의의 계수에 대해 고려될 수 있다.
추가적인 변수가 사용될 수 있다. 가령 B.sup.-y에 의해 방정식을 곱하여, 거리 d가 측정되니 않는 압축도를 보상할 수 있다. y에 대하여, 0.4가 실험적으로 선택된다. 본원에서 논의된 바와 같은 거리가 측정된다. 또 다른 대안적 실시예에서, Sfloat이 명확하게 추정되고, A와 R을 계산하도록 사용된다.
거리 d를 측정하기 위한 두 번째 실시예에서, 센서 S는 발진 신호에 연결되어 있다. 센서 S 구성의 하나의 실시예가 도 10에서 나타난다. 가령 도 9에서 나타난 바와 같은, 또 다른 구성이 사용될 수 있다. 도 10은 3개의 상부 전극 E와 두 개의 하부 전극 E를 나타낸다. 상부 전극 E의 반대편에 위치하는 3개의 센서 S가 서로 전기적으로 연결되어 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 센서 S는 전기적으로 독립적이다.
앞서 언급된 전극 측정을 순차적으로 이용하여, 센서 S가 두께 d를 측정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 센서 S는 발진 신호에 연결되어 있고, 그 반대편 전극 E는 접지되어 있다. 전극 E를 접지함으로써, 임의의 점유자에 의해 발생되는 전류의 충격이 최소화될 수 있다.
로딩 전류가 측정된다. 센서 S의 로딩 전류는 더 짧은 거리 d에 대해 더 크 다. 실험적으로 판단된 값을 사용하여, 로딩 전류가 대응하는 거리와 부합된다. 상기 거리가 앞서 언급된 A와 R의 해를 구하기 위한 방정식에서 사용된다.
8비트 마이크로컴퓨터를 사용하는 이러한 실시예를 구현하기 위한 예제 소프트웨어 코드가 첨부 A(appendix A)로서 덧붙여진다. 상기 코드는 비주얼 베이직 코드를 포함한다. 첨부 A의 코드 내에서, ch(x)는 채널 번호 x를 갖는 위치를 (bit로)판독하는 현재의 출력을 나타내고, sys_const(y)는 y가 채널 번호로 기록된 위치를 판독하는 로딩되지 않은 출력을 나타낸다. Th 값은 실험적으로 판단된 값, 가령 임계치, 또는 절연체 두께를 나타낸다. 첨부 A의 예제 코드에 대해, 상기 시스템이 순차적인 방식으로 다음의 함수를 수행한다. 1) 출력 판독이 전압으로 변환되고, 케이블 길이에 대해 보상된다, 2) 접지된 점유자의 상태를 체크하기 위한 계산이 수행된다, 3) 두 개의 주파수 데이터를 사용하여, 하중의 복합적인 임피던스가 계산된다, 4) 전극에 연계되어 있는 거리(d)가 계산되며, 5) 하중의 유효 표면적(A)이 계산된다, 6) 상부 층 전극에 걸쳐 있는 하중의 거리(R)가 계산되며, 7)점유자 분류에 대해 사용될 판정 매개변수(가령, 유효 표면적의 평균, 유효 표면적의 최대치, 하중의 총 용량 등)가 계산된다, 8) 상기 판정 매개변수가 지정 임계치를 바탕으로 점유자를 분류하기 위해 사용된다.
하나의 실시예에서, 점유자의 대응하는 중량을 판단하기 위해, 거리 d가 사용된다. 압축의 정도가 점유자가 가하고 있는 중량을 나타낸다. 관계식이 실험적으로 판단된다. 작은 거리 d는 더 무거운 점유자를 나타낸다.
하나의 실시예에서, 하중이 시트에 적용되기 전과 후(즉, 점유자가 상기 시 트를 점유하기 전과 후)의 측정치의 함수로서 거리가 판단된다. 예를 들어, 센서와 전극 사이의 용량은, 거리에 대한 1차 함수로서 가정된다. 도 10의 센서 배열을 사용하여, 센서에 대한 비-로드 저압(no load voltage) V.sub.i는 k*3S/d.sub.0과 같고, 로드 전압, V.sub.L은 k*3S/d.sub.L과 같으며, 이때, d.sub.L은 비-로드 거리, 또는 로드 거리를 각각 나타내며, S는 센서의 반대편의 전극의 유효 표면 영역을 나타내고, k는 상수이다. d.sub.L의 해를 구하기 위해, d.sub.L=d.sub.0(V.sub.L/V.sub.i)이다. 하중 조건 하에서, 절연체의 전체 두께가 A, R, 중량 값을 판단하기 위해 사용될 수 있다.
중량, 또는 거리가 A와 R 값과 함께 사용되어, 점유자의 특성을 파악할 수 있고, 에어백 시스템을 제어할 수 있다. 예를 들어, 임계치와 논리 관계가 각각의 변수(가령, W, R, A)에 제공되어, 임의의 점유자의 특성, 가령, 크기 및 자세를 판단할 수 있다. 상기 중량 W는 점유자가 성인인지, 아동(또는 작은 성인)인지를 나타낼 수 있다.
또 다른 예를 들자면, 둘 이상의 이러한 변수의 가중된 조합이 사용된다. 다양한 조합, 가령 실험을 바탕으로 하는 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가중된 합, 1/3W + 1/3Amax + 1/3Aavg가 임계치와 비교되어 임의의 점유자가 성인이지, 또는 아동(또는 작은 성인)인지를 판단할 수 있다. 또 다른 함수 관계, 또는 수식이 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전극 어레이를 가로지르는 중량의 분산이 판단되거나, 시트의 특정 섹션에 대하여 A, R, d 값이 판단된다. 예를 들어, 도 10의 센서 배열 을 사용하여, 거리 d2, d3, d4, d5, d6이 각각의 5개의 전극에 대응한다. Cap.sub.1-2, Cap.sub.1-4, Cap.sub.1-6은 각각 전극 2, 4, 6에 연계된 용량 변화이고, 용량의 변화가 전류 차이에 의해 나타나기 때문에, 측정된 채널 1 센선 전압, 또는 그에 연계된 전류 CH.sub.1은 Cap.sub.1-2 + Cap.sub.1-4 + Cap.sub.1-6과 동일하다. Cap.sub.1-2는 kS(1/d2-1/d.sub.0)과 동일하고, Cap.sub.1-4는 kS(1/d4-1/d.sub.0)이며, Cap.sub.1-6은 kS(1/d6-1/d.sub.0)이다. Cap.sub.1-2과, Cap.sub.1-4와, Cap.sub.1-6이 각각의 채널 CH.sub.2와, CH.sub.4와, CH.sub.6에서의 전압이나 전류와 동일하거나 유사하다고 가정하고, 총 채널 전압 CH.sub.T가 CH.sub.2 + CH.sub.4 + CH.sub.6과 동일하고, d2는 (CH.sub.T*d.sub.0)/(CH.sub.T + m*CH.sub.1*CH.sub.2*d.sub.0)과 동일하고, d4는 (CH.sub.T*d.sub.0)/(CH.sub.T + m*CH.sub.1*CH.sub.4*d.sub.0)와 동일하고, d6은 (CH.sub.T*d.sub.0)/(CH.sub.T + m*CH.sub.1*CH.sub.6*d.sub.0)과 동일하며, 이때 m은 상수이고, d3 및 d5는 인접 전극과 연계되어 있는 거리의 평균이도록 가정된다. A 및 R 값은 각각의 섹션에 대해서도 역시 별도로 판단될 수 있다.
시트의 섹션에 대한 별도의 A, R, d 값이 하중의 특성을 파악하기 위해 사용된다. 예를 들어, 상기 값들은 적용되는 임계치, 또는 알고리즘을 결정하기 위해, 또는 점유자의 분산을 명시하기 위해, 또는 최대, 최소, 평균을 계산하기 위해, 또는 점유자의 특성화에 대한 비교를 가능하게 하기 위해, 또는 다른 값이나 다른 사용(첨부 A와 B를 참조하라.)을 교정하기 위해, 사용된다. 거리 분사의 함수로서의 중량 분산이 사용되어, 상기 점유자의 특성이 더욱 파악될 수 있다.
다양한 측정치, 계산식, 또는 판단 중 임의의 하나 이상이 승객 좌석의 환경적 상태를 나타낼 수 있다. 상기 승객 검출 시스템은 하나 이상의 환경적 상태의 검출, 가령 승객의 접지 상태, 습도 및 습기를 나타낸다.
접지 상태 검출( Grounding Condition Detection )
본원에서 설명되는 승객 검출 시스템을 바탕으로 하는 임피던스에서, 미사용 전극(unused electrodes)은 로딩 측정, 또는 수신 측정 동안, 접지된다. 용량성 감지 승객 검출 시스템이 또한 미사용 전극을 접지할 수 있다. 승객의 서로 다른 접지 상태를 고려하기 위해, 접지로부터 연결 해제되는 상기 미사용 전극을 이용하여 추가적인 측정이 이뤄진다.
신호가 제 2 전극에서 측정되는 동안 제 1 전극이 접지로 연결되어 있다. 상기 스위치, 또는 멀티플렉서(514)가 전극을 접지로 연결한다. 로딩 전류, 또는 수신 전류가 제 2 전극에서 측정된다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 또 다른 전극이 접지되는 동안 로딩 전류가 전극(102, 104, 106, 108, 110, 112) 중 하나에서 측정된다. 센서 S(도 9와 도 10을 참조)가 제공될 때, 상기 센서는 전극에서 공급되는 발진 신호에 연결되어 있다. 또는, 센서가 접지되거나 플로팅될 수 있다.
그 후, 제 1 전극이 접지로부터 연결 해제되며, 이에 따라서 제 1 전극이 플로팅 상태가 된다(즉, 전기적으로 연결되어 있지 않는 상태). 예를 들어, 스위치, 또는 멀티플렉서(514)(도 4)가 열린다. 대안적 실시예에서, 상기 제 1 전극이 접지로부터 연결 해제되고, 발진 회로(506)(도 4), 또는 그 밖의 다른 신호 소스로 연결된다. 제 1 전극이 접지로부터 연결 해제되는 동안, 제 2 전극에서 로딩 전류, 또는 수신 전류가 측정된다. 센서 S(도 9 및 10)가 제공될 때, 상기 센서가 전극으로 공급되는 발진 신호와 연결된다. 또는 상기 센서가 접지되거나, 플로팅 상태가 될 수 있다.
측정 시퀀스에 연계되어 있는 연결 및 연결 해제가 각각의 전극에서의 측정에 대하여 반복될 수 있다. 예를 들어, 각각의 전극에 대하여 두 번의 측정이 이뤄지며, 접지되는 하나 이상의 전극에서 이뤄지는 측정과, 접지로부터 연결해제되는 하나 이상의 나머지 전극에서 이뤄지는 측정이 그것이다. 대안적 실시예에서, 측정 시퀀스에 연계되어 있는 연결 및 연결 해제가 하나의 전극, 또는 모든 전극의 서브 셋에 대하여 수행된다.
시퀀스의 두 번의 측정이 비교된다. 나머지 전극의 동일한 접지 연결과 연계되어 있는 측정이 평균내어지거나, 조합될 수 있다. 서로 다른 전극으로부터의 유사한 측정이 또한 평균내어지거나 조합될 수 있다.
서로 다른 접지 연결과 연계되어 있는 두 개의 측정이 동일할 경우, 승객은 적절하게 접지되어 있다. 두 번의 측정치가 충분히 서로 다를 경우, 상기 승객은 접지되어 있지 않다. 충분히 서로 다른 값들은, 승객 검출 시스템을 이용한 실험을 기반으로 하는 서로 다른 승객의 특성의 판단을 초래하는 접지 레벨에 대응하는 값을 포함한다. 하나의 실시예에서, 충분히 다른 값은 서로 약 5~100% 다른 값을 포함하며, 50~100%인 것이 바람직하고, 75~100%인 것이 더욱 바람직하다. 대안적 실시예에서, 셋 이상의 접지와 연계되는 둘 이상의 임계치가 제공된다.
승객이 적정하게 접지되었다고 판단된 경우, 다른 전극이 접지될 때 획득되 는 측정치가 사용되어 승객의 특성이 파악된다. 승객이 접지되지 않았거나, 부분적으로만 접지되었다고 판단된 경우, 신호, 또는 알고리즘, 또는 테이블 값, 또는 수식, 또는 그 밖의 다른 매개변수가 변경되어 상기 승객에게 미치는 임피던스의 효과가 감소될 수 있다. 예를 들어, 측정되는 신호 값에 가중치가 곱해지거나, 승객을 검출하기 위한 테이블 값이 접지 상태의 함수로서 선택된다. 상기 가중치는 선택적으로 적용될 수 있다. 가령 승객 검출을 위해 사용되는 신호 값(가령, 나머지 전극의 접지와 연계되어 있는 신호 값)에만 적용되거나, 또는 이러한 신호 값들의 서브 세트에 적용될 수 있다.
도 5, 9, 10의 실시예에서, 승객 착석 영역에 가까운 층 위에 위치하는 전극에 대해 측정된 값에 하나의 가중치가 곱해지고, 승객 착석 영역으로부터 멀리 떨어진 층 위에 위치하는 전극에 대해 측정된 값에는 또 다른 가중치가 곱해진다. 하나의 실시예에서, 더 낮은 가중치, 가령 2/3이 상부 층 측정에 대해 적용되고, 더 큰 가중치, 가령 9/10이 하부 층 측정에 대해 적용된다. 또 다른 가중치가 사용되고, 다른 함수가 곱셈에 추가하여, 또는 곱셈 대신 사용될 수 있다.
상대 임피던스( Relative Impedance )
앞선 접지 상태 실시예에서, 올바른 접지, 즉, 유효한 접지는 저-임피던스 연결을 제공한다. 발진, 또는 플로팅은 고-임피던스 연결을 제공한다. 스위칭 임피던스 연결이 하중 상태를 판단하기 위해 사용될 수 있다. 그렇지 않고 사용되지 않는다면 서로 다른 임피던스 간에서 전극이 스위칭된다.
서로 다른 임피던스 연결을 사용하는 점유자 착석 영역에서의 하중 상태를 감지하기 위한 차량 점유자 검출 시스템이 앞서 언급된 실시예들 중 하나를 사용한다. 또는, 또 다른 실시예가 사용된다. 예를 들어, 2개, 또는 3개, 또는 그 밖의 개수의 전극이 착석 영역으로 제공된다. 상기 전극은 시트의 바닥, 또는 등받이, 또는 양쪽 모두에 위치한다. 다수의 층이 사용될 수 있으나, 이때 모든 전극, 또는 대다수의 전극이 착석 영역에 대한 시트 표면으로부터 동일한 거리를 두고 위치한다.
스위치, 가령 멀티플렉서가 전극을 저-임피던스 노드와 고-임피던스 노드로 연결하도록 동작한다. 저-임피던스 노드는 접지 연결, 또는 유효 접지 연결을 포함한다. 상기 저-임피던스 노드는, 측정 동안 사용되는 송신 신호보다 더 낮은 주파수 신호의 회로 위치일 수 있다. 예를 들어, 저-임피던스 노드는 송신 신호가 AC 신호(가령 90~120㎑ 신호)인 DC 전압 소스이다. 상기 저-임피던스 노드는 종래의 임피던스 컴포넌트, 가령 커패시터, 또는 접지되어 있는 저항기일 수 있다. 임의의 값의 임피던스, 가령 0에 가까운 값, 또는 1/10ohm, 100ohm, 또는 그 밖의 다른 값이 제공될 수 있다.
상기 고-임피던스 노드는 제 2 의 임피던스 컴포넌트, 가령 커패시터, 또는 접지 연결되어 있는 저항기, 또는 그 밖의 회로, 또는 알려지지 않은 임피던스 컴포넌트일 수 있다. 상기 고-임피던스는 임의의 값을 가질 수 있으나, 상기 저-임피던스 값보다는 높다. 예를 들어, 상기 고-임피던스의 값은 10ohm일 수 있고, 오픈 회로(무한), 또는 그 밖의 다른 값일 수 있다. 하나의 실시예에서, 전극을 송신 신호의 소스, 가령 발진기에 연결함으로써, 또는 전극을 차폐 전극에 연결함으로써 고-임피던스가 제공된다.
서로 다른 전극에서의 순차적인 측정, 또는 송신을 위해, 미사용 전극이 미리 위치하거나, 순차적으로 사용 전극이 위치할 수 있다. 스위치, 또는 차이 스위치가 센서에 의해 사용되는 전극을 송신/수신 전극으로서 연결하거나, 서로 다른 임피던스 연결 간의 스위칭을 위해 전극을 연결한다.
센서는 하나 이상의 나머지 전극과, 측정 회로를 포함한다. 상기 센서는 서로 다른 시점에서 서로 다른 전극을 연결시킨다. 상기 센서는 하나의 전극에 연결되어 있는 신호 소스, 가령 발진기를 포함한다. 상기 측정 회로는 또 다른 전극(가령 수신 전류), 또는 동일한 전극(가령, 로딩 전류)을 연결한다. 스위치는 센서에 의해 현재 사용되지 않는 하나 이상의 전극을 연결한다. 예를 들어, 스위치는 측정 회로에 의해 송신이나 수신을 위해 사용되지 않는 전극으로 연결되어 있다.
상기 측정 회로는 신호를 순차적으로 측정하도록 동작하며, 이때 스위치는 전극을 저-임피던스 노드와 고-임피던스 노드로 연결한다. 서로 다른 시간대에서 서로 다른 측정이 이뤄진다. 가령 사용되지 않는 전극이 저-임피던스 노드와 연결되는 시점과 다른 시간대에 고-임피던스 노드와 연결된다. 상기 측정 회로는 로딩 신호, 수신 신호, 용량, 위상, 주파수, 임피던스, 또는 그 밖의 다른 종류의 신호를 측정한다. 이렇게 측정된 신호는 아날로그 신호, 또는 디지털 샘플이다. 상기 측정된 신호는 송신 및 상기 스위치의 상태들 중 하나에 반응한다.
프로세서가 서로 다른 측정된 신호의 함수로서, 하중 상태를 판단하기 위해 동작한다. 상기 하중 상태는 점유된 상태인지 비-점유 상태인지를 구별하고, 사람 인지 물체인지를 구별하며, 성인인지 아동인지를 구별하고, 또는 이들을 조합하여 구별한다. 본원에서 언급되는 임의의 하중 상태(앞서 언급된 특성을 참조하라.), 또는 그 밖의 다른, 후에 개발되는 하중 상태가 판단될 수 있다.
프로세서는 서로 다른 임피던스 연결에 연계되어 있는 신호의 비교 함수로서, 하중 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 고-임피던스 연결과 연계되어 있는 신호에 대한, 저-임피던스 연결과 연계되어 있는 신호의 비가 비교 값이다. 또 다른 함수가 사용될 수 있다, 예를 들자면 감산, 또는 가산이 사용될 수 있다. 비선형 함수가 사용될 수 있다. 동일한 구성을 이용하여 측정되는 신호의 비교 값이이나, 서로 다른 구성으로부터 측정되는 신호가 비교될 수 있다.
이러한 비교는 하중 상태를 나타낸다. 하나의 실시예에서, 비교는 홀로 사용되어, 서로 다른 두 개의 하중 상태 간의 구별, 가령, 사람과 물체 간의 구별, 사람과 아동용 좌석(유아가 앉아 있는 여부와 관계없이) 간의 구별을 수행한다. 또 다른 실시예에서, 상기 비교는 둘 이상의 하중 상태를 구별하기 위해 사용되는 둘 이상의 매개변수 중 하나가 된다. 예를 들어, 서로 다른 전극과 연계되어 있는 측정치와, 하나 이상의 전극에 대한 하나 이상의 비교 값이, 모든 요망 하중 상태(가령, 둘 이상의 서로 다른 하중 상태)를 구별하기 위해 사용된다. 또 다른 예를 들자면, 매개변수가 서로 다른 송신 주파수, 가령 90㎑과 120㎑에 반응하여 판단되는 측정치, 또는 비교 값을 포함한다. 접지 상태는 측정되거나 사용될 수 있다(또는 측정되지 않거나 사용되지 않을 수 있다). 대안적으로, 서로 다른 임피던스 연결에 반응하는 서로 다른 측정치가, 비교 값을 생성하지 않고, 하중 상태를 판단하기 위 해 사용된다.
하나의 실시예에서, 에어백 가동을 방지하기 위해, 하중 상태가 사용된다. 또는 좌석 벨트 경보를 발하기 위해 하중 상태가 사용되며, 이는 U.S. Serial No.11/248,895에서 공개되어 있고, 이는 본원에서 참조로서 인용된다. 특정 하중 상태(가령, 유아가 아닌 사람)에 대해서만 좌석 벨트 경보가 발생할 수 있고, 그 밖의 다른 하중 상태(가령, 아동용 시트, 또는 무생물)에서는 발생하지 않는다.
서로 다른 시간대에서, 미사용 전극을 서로 다른 임피던스로 연결하는 것이 점유자 착석 영역에서의 차량 점유자 검출 방법에서 사용된다. 앞서 언급된 실시예와, 그 밖의 다른 실시예가 사용된다.
제 1 전극은, 저-임피던스(가령, 접지), 또는 측정 동안 사용되는 송신 신호보다 낮은 주파수의 신호, 또는 알려져 있는 임피던스, 또는 그 밖의 다른 노드보다 낮은 또 다른 임피던스에 연결되어 있다. 제 1 전극이 저-임피던스에 연결되는 동안, 제 2 전극에서 하나 이상의 신호가 측정된다. 상기 제 2 전극, 또는 제 3 전극이 측정 동안, 예를 들어 발진 신호에 반응하여 송신한다. 하나의 실시예에서, 상기 측정된 신호는 하중 전류이나, 수신 신호가 제 3 전극으로부터의 송신에 응답하여, 제 2 전극에서 또한 측정될 수 있다.
서로 다른 시간대에서, 제 1 전극이 고-임피던스, 가령 상기 제 1 전극을 플로팅 상태(오픈 회로)로 만들거나, 제 1 전극을 차폐 전극으로 연결시키거나, 상기 제 1 전극을 고-임피던스 컴포넌트로 연결하는, 고-임피던스에 연결된다. 제 1 전극이 고-임피던스에 연결되는 동안, 제 2 전극에서 하나 이상의 신호가 측정된다. 측정 동안, 제 2 전극, 또는 제 3 전극이 송신한다. 저-임피던스와 고-임피던스에 대한 연결 및 그에 연계되어 있는 측정이 임의의 순서로 수행된다. 각각의 연결에 대하여 둘 이상의 측정이 이뤄질 수 있다.
송신 동안, 송신하고 수신하기 위해, 하나 이상의 전극이 사용된다. 송신 및 수신 동안, 하나 이상의 전극으로부터 신호가 측정된다. 하나 이상의 전극과 다른 전극이 송신 및 수신 동안, 저-임피던스와 고-임피던스로 순차적으로 연결된다. 전극이 저-임피던스로 연결되어 있는 동안, 하나 이상의 신호가 측정되고, 전극을 고-임피던스로 연결하는 동안 하나 이상의 신호가 측정된다.
측정된 신호의 함수로서, 차량 시트에서의 하중 상태가 판단된다. 상기 하중 상태에 의해, 점유 여부의 구별, 사람과 무생물 간의 구별, 성인과 아동 간의 구별, 또는 그 밖의 다른 상태 간의 구별이 수행된다. 검색 테이블, 또는 임계치, 또는 그 밖의 다른 기능을 사용하여 상기 하중 상태가 판단된다. 하나의 실시예에서, 서로 다른 임피던스 연결에 반응하여 측정된 신호가 비교(가령 비(ratio))된다. 그 밖의 다른 측정된 매개변수를 사용하는 비교, 또는 사용하지 않는 비교가 하중 상태를 판단한다.
에어백 가동 방지를 위해, 하중 상태가 사용되며, 좌석 벨트 경보의 생성이 활성되거나, 비활성된다.
습도 검출( Humidity Detection )
승객 검출 시스템이 습도에 민감할 수 있다. 도 2와 10을 참조하여, 선택적 습도 센서 H1이 습도 레벨을 검출한다. 승객 검출 시스템이 습도 센서에 반응하여, 승객의 검출에 습도가 영향을 미치는 것을 고려할 수 있다.
도 11은 도 4의 발진 회로(506)와 검출기(504)와 연결되어 있는 습도 센서 회로를 나타낸다. 전극을 위한 채널에 추가되는 채널이 마이크로프로세서(502)에 연결되어 있는 습도 센서(800)에 대해 제공된다. 승객 검출 시스템(500)에서, 상기 습도 센서(800)는 전극, 또는 안테나로서 연결되어 있다. 상기 습도 레벨은 각각의 전극에서의 전류 측정의 각각의 사이클에서, 또는 그 보다 낮은 빈도로 순차적으로 측정된다.
습도 센서 회로는 습도 센서(800)와, 저항기(802, 804)와, 버퍼(806, 808)를 포함한다. 송신 버퍼(806)는 발진 회로, 또는 그 밖의 다른 신호 소스와 연결되고, 측정 버퍼(808)는 검출기(504)와 연결되어 있다.
습도 센서(800)는 용량성 타입 습도 센서이다. 예를 들어, 상기 습도 센서(800)는 발진 드라이브 신호에 반응하여 동작하는 고형 상태 용량성 습도 센서를 포함한다. 그 밖의 다른 종류의 습도 센서가 사용될 수 있다. 상기 습도 센서(800)는 수증기의 양, 또는 트림/착석 영역/승객 좌석에서의 액체의 양을 감지하기 위해, 시트 트림(trim)과 쿠션 포옴 사이에 위치한다. 하나의 실시예에서, 상기 습도 센서(800)는 하나 이상의 전극 근방에서 위치한다. 대안적 실시예에서, 상기 습도 센서(800)는 시트 포옴의 구멍 내부에 위치하고, 승객 좌석 내의 시트, 또는 그 밖의 다른 장소에 위치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 습도 센서(800)는 에어 프로세싱(가령, 온풍기, 또는 냉풍기) 유닛의 내부에 위치하는 습도 센서를 포함한다.
신호, 예를 들어 발진 신호가 송신 버퍼(806)로부터 상기 습도 센서(800)로 제공된다. 상기 발진 신호는 주기적으로 임의의 주파수(가령 120~125㎑)로 송신 버퍼(806)로 제공된다.
저항기(802, 804)는 전압 드라이버를 포함하고, d상기 습도 센서(800)와 송신 버퍼(806) 사이에 직렬ㄹ로 연결되어 있다. 하나의 실시예에서, 저항기(802, 804) 중 하나 이상은 온도 보상을 위해 서미스터(thermistor)를 포함한다. 상기 습도 센서(800)에 인접하는 저항기(802)를 가로지르는 전압 강하가 측정 버퍼(808)로 제공된다. 상기 전압 강하는 습도 센서(800)의 전류에 대응한다. 따라서 전압 드라이버와, 측정 버퍼(808)와, 검출기(504)가 전압 검출기를 포함한다. 그러나 그 밖의 다른 전압 검출기가 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 습도 센서에 연결되어 있는 저항기(802)는 1Kohm 저항기이며, 송신 버퍼(806)에 연결되어 있는 저항기(804)는 10Kohm 저항기이다. 그 밖의 다른 저항기, 또는 회로가 습도 레벨을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
검출기(504)가 측정 버퍼(808)의 출력을 습도 센서(800)의 전류의 RMS 값을 나타내는 DC 전압으로 변환한다. 하나의 실시예에서, 절대 습도가 측정된 습도 레벨과 온도 측정으로부터 계산된다. 승객 좌석 내에 위치하는 서모미터의 출력을 사용하여, 상기 마이크로프로세서(502)가 절대 습도를 계산한다. 대안적 실시예에서, 검출기(504)로부터의 측정된 습도 레벨은, 홀로, 또는 다른 값과 조합되어 사용된다.
습도 레벨의 함수로서 측정된 값, 알고리즘, 프로세스, 테이블이 변경되거나 선택된다. 예를 들어, 다수의 테이블, 가령 승객의 존재 유무, 또는 상기 승객의 특성을 측정된 전류와 연계시키는 20개의 테이블이 사용된다. 습도와 용량(임피던스)의 측정 사이의 관계 함수로서 각각의 테이블이 서로 다른 습도 레벨, 또는 레벨의 범위에 대응한다. 또 다른 예에서, 전극에서 전류를 나타내는 측정 값이 습도 레벨의 함수로서 변경된다. 하나의 실시예에서, 값이 주어진 온도(10℃ 내지 50℃)에서의 최대 습도에 대하여 약 5% 만큼 변경된다. 또 다른 변경의 양이 제공될 수 있다. 감도와 그에 연계된 변경된 크기, 도는 테이블 선택이 측정된 값에 대한 실험적(또는 이론적)인 습도의 관계를 기반으로 한다.
수분 검출( Moisture Detection )
승객 검출 시스템은 안테나, 또는 전극, 또는 그 밖의 다른 센서의 인접부의 액체에 민감할 수 있다. 하나 이상의 선택적 수분 센서가 사용될 수 있다. 승객 검출 시스템이 수분 센서에 반응하여, 액체가 승객의 검출에 영향을 미치는 정도를 고려할 수 있다.
하나의 실시예에서, 승객 검출 시스템의 전극과는 개별적인 수분 센서가 제공된다. 도 2와 도 10을 참조하여, 수분 센서 W1이 수분 레벨을 검출한다. 상기 수분 센서 W1이 헝겊, 또는 그 밖의 다른 수분 흡수 재료에 의해 분리되는 두 개의 전극을 포함한다. 예를 들어, 두 개의 장방형 전극이 헝겊 테이프의 1mm만큼 떨어져 있다. 대안적 실시예에서, 수분 센서 W1의 두 개의 전극 중 하나가 승객 검출 시스템의 전극 중 하나를 포함한다. 그 밖의 다른 수분 센서가 사용될 수 있다. 상기 수분 센서 W1는 시트 1의 직물 커버 내에, 또는 시트 절연체의 상부, 또는 하부 표면 상에, 또는 절연체 내에 위치한다. 하나의 실시예에서, 상기 수분 센서 W1은 승객 검출 시스템의 하나 이상의 전극의 인접부에 위치한다.
수분 센서 W1의 두 개의 전극 사이에서 저항이 측정된다. 예를 들어, 발진 신호, 또는 DC 신호가 적용되고, 전압 강하가 측정된다. 상기 두 전극 사이에서 흡수되는 수분, 또는 액체의 양의 함수로서 저항은 변화한다.
대안적 실시예에서, 수분 센서는 점유자의 존재 유무를 검출하기 위해 사용되는 하나 이상의 동일한 전극을 포함한다. 수분을 검출하기 위해, 두 개의 서로 다른 송신 주파수에 반응하는 검출이 이뤄진다. 예를 들어, 125㎑와 90㎑의 순차적 송신에 반응하는 로딩 측정, 또는 수신 측정이 이뤄진다. 측정되는 동안, 비-송신 전극, 또는 비-수신 전극은 접지된다.
송신된 파형에 반응하는 각각의 측정치의 위상각의 지연이 마이크로프로세서(502), 또는 그 밖의 다른 디지털(또는 아날로그) 장치에 의해 계산된다. 예를 들어, 다음의 방정식이 사용된다.
Figure 112007000050826-PAT00001
이때, v.sub.i1과 v.sub.o1은 낮은 주파수 송신에 반응하여 측정된 전압이고, v.sub.i2와 v.sub.o2는 높은 주파수 송신에 반응하여 측정된 전압이며, .omega..sub.1과 .omega..sub.2는 송신 주파수이다.
측정치와 연계되어 있는 전극과 그 밖의 다른 접지된 전극 사이의 저항 R이 위상각의 함수로서 계산된다:
Figure 112007000050826-PAT00002
이때, R.sub.o는 측정 전극과 연계되어 있는 채널의 출력 임피던스이다. 용량의 해는 다음과 같이 해결될 수 있다.
Figure 112007000050826-PAT00003
전극들 사이에서의 저항, 또는 저항 변화가 수분 레벨을 나타낸다. 저항 변화가 임계치를 넘을 경우, 승객 검출 시스템의 전극이 습성을 띄고 있다고 여겨진다. 하나의 실시예에서, 상기 수분 레벨은 승객 검출 시스템의 각각의 전극에 대해 개별적으로 측정된다. 대안적 실시예에서, 하나의 전극, 또는 전극들의 서브-세트가 사용된다.
승객의 존재 여부를 판단하는 것은 측정된 수분에 따른다. 마이크로프로세서(502), 또는 그 밖의 다른 아날로그, 또는 디지털 장치가 상기 측정된 수분의 함수로서 변화한다. 하나의 실시예에서, 임계치를 상회하는 수분 레벨에 반응하여 오류 신호가 생성된다. 수분의 양 때문에, 승객의 존재 여부에 대한 검출은 잘못되었다고 판단된다. 또 다른 실시예에서, 승객의 존재 여부를 검출하기 위해 앞서 언급된 값, 알고리즘, 테이블, 수식 중 임의의 것이 검출된 수분 레벨의 함수로서 변경되거나 선택된다. 변경될 것의 종류, 또는 그 크기는, 승객의 검출에 수분 레벨이 미치는 영향을 보여주는 실험을 바탕으로 결정된다.
본 발명은 앞서 제공된 실시예를 제한하지 않는다. 예를 들어, 발진기의 신호 출력의 주파수가 120㎑가 아닐 수 있으며, 검출될 대상에 따라, 추가적인 데이터를 얻기 위해, 다양할 수 있다. 덧붙이자면, 신호의 전압 진폭이 5 내지 12볼트의 범위 바깥에 있을 수 있으며, 출력 파형은 사인파가 아닌 다른 파형일 수 있다. 전극이 승객 착석 영역에 인접한 여러 다른 위치, 예를 들면, 루프 라이너, 또는 바닥 상에, 또는 시트 등받이, 또는 대시-보드 중 하나 이상에서 존재할 수 있다. 상기 시스템은 여러 다른 시스템과 함께 동작하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 전방향 충격 에어백, 측방향 충격 에어백, 좌석 벨트 제어, 온도 제어, 그 밖의 다른 장치와 함께 사용될 수 있다. 승객을 분류하기 위한 다양한 알고리즘 중 임의의 것과 함께, 로딩 전류, 수신 전류, 용량 측정, 또는 이들의 조합 측정이 사용될 수 있다. 또한 상기 시스템은, 점유자의 측성에 따라 장치를 제어하기 위한 병원 침대 같은 다른 응용분야에서 사용될 수 있다. 둘 이상의 전극 층이 사용될 수 있다. 환경 센서와의 조합과, 그에 연계된 측정 시퀀스가 사용될 수 있다.
다양한 실시예가 본원에서 설명되었지만, 그 변경예와 수정예가 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범주내에서, 존재할 수 있다.
RFCS, 또는 FFCS, 또는 아동의 존재 여부를 검출하기 위한, 승객 검출 센서의 타입이 제안되어 왔다. 시트의 하중 특성을 검출하기 위해 전기장을 사용하는 시스템이 U.S. 특허 Nos. 5,948,031과 6,329,913과 U.S. Pat. No. 6,329,914에서 공개된다. 용량 감지(capacitive sensing)를 사용하는 또 다른 시스템, 가령 승객이 존재하게 됨에 따른 위상이나 주파수의 변화를 검출하기 위한 시스템이 또한 제안된 적이 있다. 두 종류의 시스템 모두 하나 이상의 안테나, 또는 전극으로부터의 송신 및 수신을 바탕으로 한다.

Claims (11)

  1. 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법에 있어서, 상기 방법은
    제 1 전극을, 접지보다 큰 임피던스를 갖는 저-임피던스(lower impedance)로 연결하는 단계(a)와,
    제 1 전극이 상기 저-임피던스에 연결되어 있는 동안, 제 2 전극에서 제 1 신호를 측정하고, 상기 측정 동안, 상기 제 2 전극, 또는 제 3 전극이 송신하는 단계(b)와,
    상기 제 1 전극을 고-임피던스(higher impedance)로 연결하는 단계(c)와,
    제 1 전극이 상기 고-임피던스에 연결되는 동안, 상기 제 2 전극에서 제 2 신호를 측정하고, 상기 측정 동안, 상기 제 2 전극, 또는 상기 제 3 전극이 송신하는 단계(d)와,
    차량 시트의 하중 상태를 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호의 함수로서 판단하는 단계(e)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(e)는 착석 영역에 대하여 점유 상태인지 비-점유 상태인지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 단계(e)는 사람인지 사물인지를 구별하는 단계를 포함하며,
    상기 하중 상태가 사람인 경우에, 그리고 상기 하중 상태가 사물인 경우를 제외한 경우에, 좌석 벨트 경보를 발생시키는 단계(f)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 단계(c)는
    상기 제 1 전극을 상기 고-임피던스에 대한 차폐 전극으로 연결시키는 단계, 또는
    상기 제 1 전극이 플로팅되게 하는 단계, 또는
    상기 제 1 전극을 고-임피던스 컴포넌트로 연결시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 단계(b)는, 상기 제 3 전극으로부터의 송신에 응답하여, 제 2 전극에서 수신 신호를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 단계(a)는 상기 제 1 전극을, 측정 동안 사용되는 송신 신호보다 낮은 주파수의 신호에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 단계(e)는 제 1 신호를 제 2 신호와 비교하는 단계를 포함하며, 상기 비교는 하중을 판단하기 위해 사용되는 다수의 매개변수 중 하나임을 특징으로 하는 점유자 착석 영역을 감지하기 위한 차량 점유자 검출 방법.
  8. 점유자 착석 영역에서의 하중 상태를 감지하기 위한 차량 점유자 검출 시스템에 있어서, 상기 시스템은
    제 1 전극 및 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극을 저-임피던스와 고-임피던스로 연결시키도록 동작하는 스위치로서, 이때, 상기 저-임피던스는 접지 임피던스가 아닌 상기 스위치와,
    상기 제 2 전극과 측정 회로를 포함하는 센서로서, 이때 상기 제 1 전극이 저-임피던스 및 고-임피던스에 연결될 때, 상기 측정 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호를 측정하도록 동작하며, 상기 제 1 전극은, 상기 제 1 신호 및 제 2 신호의 측정 동안, 측정 회로에 의한 송신, 또는 수신을 위해 사용되지 않는 상기 센서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 점유자 검출 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 저-임피던스 노드는, 측정 동안 사용되는 송신 신호보다 낮은 주파수 신호의 위치인 것을 특징으로 하는 차량 점유자 검출 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 저-임피던스 노드는 제 1 임피던스 컴포넌트를 포함하고, 상기 고-임피던스 노드는 제 2 알려져 있는 임피던스 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 점유자 검출 시스템.
  11. 제 16 항에 있어서, 상기 고-임피던스 노드는 차폐 전극, 또는 오픈 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 점유자 검출 시스템.
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