LU88828A1

LU88828A1 - Probe device for detecting body position and applying control signal for vehicle airbag deployment - utilises reference signal, and emitting and receiving electrodes which are capacitatively coupled to body

Info

Publication number: LU88828A1
Application number: LU88828A
Authority: LU
Inventors: Thierry Goniva; Michel Witte; Aloyse Schoos
Original assignee: Iee Sarl
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 1998-04-25

Abstract

The system for detecting the body position of a front seat vehicle passenger in order to modify commands to an airbag uses the capacitative coupling between emitting electrodes (11,12), the passenger (10) and receiving electrodes (14,15,16). Signals transmitted by an emitting electrode are received at an intensity which depends on the distances between the passenger and both the emitting and receiving electrodes. Confusion with signals emanating from other vehicle equipment or from the environment is avoided by cyclic or repetitive signal modulation. Very rapid changes in passenger body position, for example during braking before a crash, may be detected and incorporated with the static measurements by using the frequency change in a reflected wave compared to an incident wave.

Description

DISPOSITIF DE SONDAGE D'UN CORPS CONDUCTEURDEVICE FOR PROBING A CONDUCTIVE BODY

La présente invention concerne un dispositif de sondage d'un corps conducteur comprenant au moins une électrode émettrice et une électrode réceptrice.The present invention relates to a device for probing a conductive body comprising at least one emitting electrode and one receiving electrode.

La demande de brevet EP 0 708 002 décrit un dispositif de sondage d'un siège auxiliaire pour enfant placé sur le siège de passager d'un véhicule automobile qui est équipé d'un système de protection par airbag. Ce dispositif comporte un circuit émetteur d'induction et un circuit récepteur d'induction tous deux incorporés dans le siège du véhicule ainsi que des circuits résonants incorporés dans le siège auxiliaire et associés chacun à un circuit de modulation pour moduler le couplage électromagnétique des circuits d'induction. Ce dispositif permet de recueillir des informations sur l’occupation du siège auxiliaire, son orientation, son type etc. et d'utiliser ces informations pour mettre l'airbag hors service dans les conditions où son déploiement pourrait être dangereux pour l'enfant.Patent application EP 0 708 002 describes a device for probing an auxiliary child seat placed on the passenger seat of a motor vehicle which is equipped with an airbag protection system. This device comprises an induction transmitter circuit and an induction receiver circuit both incorporated in the vehicle seat as well as resonant circuits incorporated in the auxiliary seat and each associated with a modulation circuit for modulating the electromagnetic coupling of the circuits d 'induction. This device makes it possible to collect information on the occupation of the auxiliary seat, its orientation, its type, etc. and to use this information to deactivate the airbag in conditions where its deployment could be dangerous for the child.

Ce système de détection connu a fait l'objet de circuits électroniques optimisés pour la production à grand volume et à faible prix.This known detection system has been the subject of electronic circuits optimized for high volume production at low cost.

Le but de la présente invention est de modifier ou de compléter ces circuits connus de manière qu'ils puissent être utilisés pour la détection d'autres paramètres ou le sondage d'autres corps.The object of the present invention is to modify or supplement these known circuits so that they can be used for the detection of other parameters or the probing of other bodies.

Pour atteindre cet objectif, la présente invention prévoit un dispositif de sondage selon la revendication 1. D'autres caractéristiques de l'invention se trouvent dans les sous-revendications.To achieve this objective, the present invention provides a sounding device according to claim 1. Other features of the invention are found in the subclaims.

Conformément à la présente invention le dispositif de détection connu est modifié de manière à utiliser l’antenne d'émission, normalement inductive, comme électrode capacitive en rendant résistive une extrémité de la boucle d'induction de sorte que la tension appliquée à l'autre extrémité du conducteur est la même sur tout le conducteur, devenu ainsi électrode capacitive. Les entrées du récepteur connectées sur une boucle inductive dans le circuit connu sont maintenant commutées sur des électrodes capacitives et sur un signal de référence généré par l'émetteur.In accordance with the present invention, the known detection device is modified so as to use the emission antenna, normally inductive, as a capacitive electrode by making one end of the induction loop resistive so that the voltage applied to the other end of the conductor is the same on all the conductor, thus becoming capacitive electrode. The inputs of the receiver connected to an inductive loop in the known circuit are now switched to capacitive electrodes and to a reference signal generated by the transmitter.

Cette modification peut, par exemple, être effectuée sur les circuits de l'installation connue selon EP-A-0 708 002, par exemple, à l'aide ce commutateurs si bien que l'installation peut fonctionner soit en mode inductif en association avec des circuits résonants extérieurs, soit de manière indépendante en mode capacitif pour sonder la personne assise sur le siège du passager, par exemple détecter sa taille, sa position, ses mouvements etc. pour moduler le déploiement éventuel de l’airbag en fonction de ces paramètres.This modification can, for example, be carried out on the circuits of the known installation according to EP-A-0 708 002, for example, using this switches so that the installation can operate either in inductive mode in association with external resonant circuits, either independently in capacitive mode to probe the person seated in the passenger seat, for example detecting their size, position, movements, etc. to modulate the possible deployment of the airbag according to these parameters.

Le dispositif selon l'invention peut également être conçu pour devoir fonctionner toujours en mode capacitif pour sonder, suivant son application, d'autres corps ou objets.The device according to the invention can also be designed to have to always operate in capacitive mode to probe, depending on its application, other bodies or objects.

D'autres particularités de l'invention ressortiront de la description détaillée des quelques modes de réalisation préférés présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est un schéma d’un circuit du système connu selon le document EP 0 708 002; la figure 2 est un schéma synoptique illustrant le principe de fonctionnement du dispositif selon la présente invention; la figure 3 est un schéma synoptique du circuit émetteur selon la présente invention; la figure 4 est un schéma synoptique du circuit récepteur selon la présente invention et la figure 5 est un schéma synoptique d'une variante d'un circuit selon la présente invention.Other particularities of the invention will emerge from the detailed description of the few preferred embodiments presented below, by way of illustration, with reference to the appended figures in which: FIG. 1 is a diagram of a circuit of the system known according to document EP 0 708 002; Figure 2 is a block diagram illustrating the operating principle of the device according to the present invention; Figure 3 is a block diagram of the transmitter circuit according to the present invention; Figure 4 is a block diagram of the receiver circuit according to the present invention and Figure 5 is a block diagram of a variant of a circuit according to the present invention.

La figure 1 montre les circuits émetteurs et récepteurs d'une installation connue fonctionnant en mode inductif. Ces circuits sont incorporés dans le siège d’un véhicule, par exemple sur une mince pellicule flexible, et sont associés à des circuits résonants incorporés dans un siège auxiliaire pour enfant installé sur ce siège. Une onde porteuse fc alimente une antenne émettrice TX en courant sinusoïdal à travers un convertisseur sinusoïdal 10, un amplificateur 12 et un inverseur 14. La même porteuse fc commande les démodulateurs synchrones PD de deux circuits de réception 16 et 18 comprenant, chacun, une antenne réceptrice RXR respectivement RXL.Figure 1 shows the transmitter and receiver circuits of a known installation operating in inductive mode. These circuits are incorporated in the seat of a vehicle, for example on a thin flexible film, and are associated with resonant circuits incorporated in an auxiliary child seat installed on this seat. A carrier wave fc supplies a transmitting antenna TX with sinusoidal current through a sinusoidal converter 10, an amplifier 12 and an inverter 14. The same carrier fc controls the synchronous demodulators PD of two reception circuits 16 and 18 each comprising an antenna RXR receiver respectively RXL.

La porteuse fc, après division par les facteurs Na et Nb dans les diviseurs de fréquence 20 respectivement 22 commande une seconde série de démodulateurs synchrones PDA et PDB dans les deux circuits de réception 16 et 18.The carrier fc, after division by the factors Na and Nb in the frequency dividers 20 respectively 22 controls a second series of synchronous demodulators PDA and PDB in the two reception circuits 16 and 18.

Dans l'application connue les deux antennes de réception RXR et RXL alimentent les circuits de réception 16 et 18 avec une porteuse fc, modulée en phase avec les sous-porteuses fc/Na et fc/Nb correspondant aux modulations de deux circuits résonants non montrés. Dans chaque circuit les deux sous-porteuses sont extraites par la première démodulation synchrone PD tandis que l'amplitude de la sous-porteuse est obtenue par la deuxième démodulation synchrone dans les démodulateurs PDA et PDB. Les amplitudes des sous-porteuses PA1 et PB1 pour le circuit 16 et PA2 et PB2 pour le circuit 18 qui résultent de la deuxième démodulation sont généralement digitalisées et traitées par un microprocesseur.In the known application, the two reception antennas RXR and RXL supply the reception circuits 16 and 18 with a carrier fc, modulated in phase with the subcarriers fc / Na and fc / Nb corresponding to the modulations of two resonant circuits not shown. . In each circuit the two subcarriers are extracted by the first synchronous demodulation PD while the amplitude of the subcarrier is obtained by the second synchronous demodulation in the PDA and PDB demodulators. The amplitudes of the subcarriers PA1 and PB1 for the circuit 16 and PA2 and PB2 for the circuit 18 which result from the second demodulation are generally digitized and processed by a microprocessor.

La présente invention consiste à modifier les circuits de la figure 1 pour effectuer un sondage capacitif selon le schéma de la figure 2. La référence 30 représente schématiquement un corps conducteur à sonder, par exemple pour déterminer sa position et/ou sa taille. Le principe de détection ou de sondage est basé sur le couplage capacitif d'une ou de plusieurs électrodes d'émission 32, 34 au corps 30 et le couplage de celui-ci à une ou plusieurs électrodes réceptrices 36, 38 et 40.The present invention consists in modifying the circuits of FIG. 1 to carry out a capacitive sounding according to the diagram in FIG. 2. The reference 30 schematically represents a conductive body to be probed, for example to determine its position and / or its size. The principle of detection or probing is based on the capacitive coupling of one or more emission electrodes 32, 34 to the body 30 and the coupling of the latter to one or more receiving electrodes 36, 38 and 40.

Le signal émis, par exemple par l'électrode 32 est capté par les électrodes 36, 38 et 40 avec une intensité qui est fonction de la distance entre le corps 30 et l'électrode 32 d’une part et les électrodes 36, 38 et 40 d'autre part. Par ailleurs, en modifiant les dimensions des électrodes, on peut varier la caractéristique de l'intensité du signal en fonction de la distance entre le corps et l'électrode. Par exemple, en utilisant une électrode 32 avec une surface qui est grande par rapport à la surface de l'électrode 40, l'intensité varie fortement avec la distance entre cette électrode 40 et le corps 30 et varie peu avec la distance entre la grande électrode 32 et le corps 30.The signal emitted, for example by the electrode 32, is picked up by the electrodes 36, 38 and 40 with an intensity which is a function of the distance between the body 30 and the electrode 32 on the one hand and the electrodes 36, 38 and 40 on the other hand. Furthermore, by modifying the dimensions of the electrodes, the characteristic of the signal intensity can be varied as a function of the distance between the body and the electrode. For example, using an electrode 32 with a surface which is large relative to the surface of the electrode 40, the intensity varies greatly with the distance between this electrode 40 and the body 30 and varies little with the distance between the large electrode 32 and body 30.

La figure 3 montre le circuit émetteur selon la présente invention pour effectuer un sondage capacitif selon la figure 2. La modification essentielle par rapport au circuit connu de la figure 1 consiste à utiliser l'antenne TX qui est inductive sur la figure 1 comme électrode capacitive en rendant résistive une extrémité de la boucle d’induction de sorte que la tension appliquée à l'autre extrémité du conducteur est la même sur tout le conducteur qui devient ainsi une électrode capacitive. Si cette transformation (extrémité résistive) de la boucle d'induction est opérée à l’aide d’un commutateur, l’émetteur peut, en outre, suivant la position du commutateur fonctionner soit en mode inductif comme sur la figure 1, soit en mode capacitif.Figure 3 shows the transmitter circuit according to the present invention for performing a capacitive sounding according to Figure 2. The essential modification compared to the known circuit of Figure 1 is to use the TX antenna which is inductive in Figure 1 as a capacitive electrode by making one end of the induction loop resistive so that the voltage applied to the other end of the conductor is the same over the entire conductor which thus becomes a capacitive electrode. If this transformation (resistive end) of the induction loop is effected using a switch, the transmitter can also, depending on the position of the switch, operate either in inductive mode as in FIG. 1, or in capacitive mode.

Il est par ailleurs possible de rajouter des extensions purement capacitives 42 à la boucle afin d'augmenter la surface effective de cette électrode.It is also possible to add purely capacitive extensions 42 to the loop in order to increase the effective area of this electrode.

Indépendamment de cette solution, une électrode purement capacitive peut être connectée et alimentée par une tension sinusoïdale. Dans ce cas, la forme de l’électrode peut être optimisée indépendamment de la boucle d’induction.Regardless of this solution, a purely capacitive electrode can be connected and supplied by a sinusoidal voltage. In this case, the shape of the electrode can be optimized independently of the induction loop.

Il est également possible d'utiliser une structure conductrice 46 ou un réseau de conducteurs se trouvant déjà sur le support du circuit, par exemple la structure conductrice d’un capteur de pression du type FSR pour déterminer l'occupation du siège.It is also possible to use a conductive structure 46 or a network of conductors already located on the support of the circuit, for example the conductive structure of a pressure sensor of the FSR type to determine the occupancy of the seat.

Les éléments correspondant à ceux du circuit de la figure 1 portent sur la figure 2 les mêmes références 10, 12 et 14.The elements corresponding to those of the circuit of FIG. 1 bear in FIG. 2 the same references 10, 12 and 14.

En plus de la tension pour l'antenne d'émission modulée en phase dans le modulateur 48 par la sous-porteuse fc/Nb l'émetteur génère aussi un signal de référence RX-ref modulé en phase dans le modulateur 50 par la sous-porteuse fc/Na.In addition to the voltage for the transmitting antenna modulated in phase in the modulator 48 by the subcarrier fc / Nb, the transmitter also generates a reference signal RX-ref modulated in phase in the modulator 50 by the sub- carrier fc / Na.

La figure 4 montre le circuit récepteur selon la présente invention pour effectuer un sondage capacitif selon la figure 2. Comme dans le cas de la figure 1 il y a deux circuits de réception 16 et 18 comprenant chacun un premier démodulateur synchrone PD commandé par la porteuse fc et des seconds démodulateurs synchrones PDA et PDB commandés par les sous-porteuses fc/Na et fc/Nb.Figure 4 shows the receiver circuit according to the present invention for carrying out a capacitive sounding according to Figure 2. As in the case of Figure 1 there are two reception circuits 16 and 18 each comprising a first synchronous demodulator PD controlled by the carrier fc and second synchronous demodulators PDA and PDB controlled by the subcarriers fc / Na and fc / Nb.

Alors que dans le circuit selon la figure 1 les entrées des récepteurs 16 et 18 étaient connectées sur des boucles inductives RXR et RXL, ces entrées sont connectées selon la figure 4 sur des électrodes capacitives RLS1 et RLS2 ou, d'une façon générale, RLSn. Ceci peut être réalisé en remplaçant les boucles inductives par des électrodes capacitives RLSn ou en ajoutant les électrodes capacitives RLSn aux boucles inductives RX comme représentées sur la figure et en faisant la commutation à l'aide de commutateurs 52 ce qui permet au circuit de fonctionner, au choix, en mode capacitif et en mode inductif.Whereas in the circuit according to FIG. 1 the inputs of receivers 16 and 18 were connected on inductive loops RXR and RXL, these inputs are connected according to FIG. 4 on capacitive electrodes RLS1 and RLS2 or, in general, RLSn . This can be achieved by replacing the inductive loops with capacitive electrodes RLSn or by adding the capacitive electrodes RLSn to the inductive loops RX as shown in the figure and by switching using switches 52 which allows the circuit to operate, as desired, in capacitive mode and in inductive mode.

Les entrées des récepteurs 16 et 18 sont également connectées sur le signal de référence RX-ref généré par l'émetteur de la figure 3. Ce signal de référence peut être ajouté soit sur l'entrée différentielle du récepteur (voir récepteur 16) en profitant de l'impédance d'entrée connue pour évaluer le couplage capacitif de l'électrode de réception RLS1, soit alimenter un diviseur capacitif (voir récepteur 18) contenant l'électrode de réception RLS2. Pour évaluer le couplage capacitif avec le corps conducteur à sonder on compare l'amplitude de la modulation de phase PA1 à PB1 et, plus généralement, PAn à PBn. Ce rapport est fonction de la distance des électrodes TX et RLSn au corps à sonder et de sa taille.The inputs of receivers 16 and 18 are also connected to the reference signal RX-ref generated by the transmitter of figure 3. This reference signal can be added either to the differential input of the receiver (see receiver 16) by taking advantage of the known input impedance for evaluating the capacitive coupling of the reception electrode RLS1, or supplying a capacitive divider (see receiver 18) containing the reception electrode RLS2. To evaluate the capacitive coupling with the conductive body to be probed, the amplitude of the phase modulation PA1 to PB1 and, more generally, PAn to PBn is compared. This ratio is a function of the distance of the TX and RLSn electrodes to the body to be probed and its size.

La figure 5 montre une variante de circuit flottant à découplage galvanique où le signal de l'émetteur est découplé de la masse du système pour réduire l'influence de la capacité parasitaire du corps conducteur à sonder avec la masse. Du côté récepteur on peut, dans ce cas, dériver le signal de réception du courant circulant dans la capacité de couplage de l'émetteur TLSn avec le corps conducteur à sonder et dans la capacité de couplage du récepteur RLSn avec le corps conducteur. Le découplage peut, dans les deux cas, être réalisé par des éléments 54 et 56 actifs tels que des circuits à semi-conducteurs ou des amplificateurs opérationnels ou des éléments passifs tels que des transformateurs de découplage. Le fonctionnement reste toutefois le même que celui des figures 3 et 4.FIG. 5 shows a variant of a galvanically decoupled floating circuit in which the signal from the transmitter is decoupled from the ground of the system to reduce the influence of the parasitic capacity of the conductive body to probe with ground. On the receiver side, it is possible, in this case, to derive the signal for receiving the current flowing in the coupling capacity of the TLSn transmitter with the conducting body to be probed and in the coupling capacity of the RLSn receiver with the conducting body. Decoupling can, in both cases, be carried out by active elements 54 and 56 such as semiconductor circuits or operational amplifiers or passive elements such as decoupling transformers. However, the operation remains the same as that of FIGS. 3 and 4.

Dans le cas de deux électrodes émettrices, la distinction peut être facilitée en générant des champs électriques alternatifs qui peuvent être soit décalés dans le temps, soit avoir des fréquences différentes ou être modulés par des sous-porteuses différentes.In the case of two emitting electrodes, the distinction can be facilitated by generating alternating electric fields which can either be offset in time, have different frequencies or be modulated by different subcarriers.

Il est par ailleurs possible de prévoir un système de surveillance de l'intégrité des électrodes, par exemple détection d'une rupture d'un conducteur, par du courant continu.It is also possible to provide a system for monitoring the integrity of the electrodes, for example detecting a break in a conductor, by direct current.

La surveillance de l'intégrité des électrodes réceptrices peut également être effectuée par couplage capacitif d’un signal de référence qui doit traverser l’électrode avant d'atteindre le récepteur.The integrity of the receiving electrodes can also be monitored by capacitive coupling of a reference signal which must pass through the electrode before reaching the receiver.

Claims

1. Device for probing a conducting body comprising at least one emitting electrode and one receiving electrode, characterized in that the emitting (s) (TLSn) and receiving (s) (RLSn) electrodes are in capacitive coupling relationship with the conducting body and in that each receiving electrode is connected to a receiving circuit (16 18) making it possible to evaluate the capacitive coupling of the body with the emitting and receiving electrodes by comparison of a signal of measurement at a reference signal.

2. Device according to claim 1, characterized in that each emitting electrode is supplied by a voltage modulated in phase by a first subcarrier (fc / Nb) generated by a transmitter which also generates a signal modulated in phase by a second sub -carrier (fc / Na) and constituting the reference signal for each reception circuit (16 18).

3. Device according to claim 1, characterized by at least two emitting electrodes (TLSn) generating alternating electric fields offset in time.

4. Device according to claim 1, characterized by at least two emitting electrodes (TLSn) generating alternating electric fields with different frequencies.

5. Device according to claim 1, characterized by at least two emitting electrodes (TLSn) generating alternating electric fields modulated by separate subcarriers.

6. Device according to claim 5, characterized in that the subcarriers are synchronized with the alternating electric field.

7. Device according to claim 5, characterized in that the subcarriers are obtained by dividing the frequency of the alternating electric field.

8. Device according to claim 1, characterized in that the emitting electrodes (TLSn) are associated with capacitive extensions (42 46).

9. Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the emitting electrodes (TLSn) and the receiving electrodes (RLSn) are associated with inductive emitting respectively receiving loops and in that means are provided switching (52) between said electrodes and loops to carry out the probing either in capacitive mode or in inductive mode.