SE518888C2 - Anordning för närvaroavkänning och fordonssäte innefattande anordningen - Google Patents

Description

20 25 30 35 518 888 ten metalliskt och har ett varierande avstånd till det kapacitiva sensorelementet i sätet. Eftersom kapacitansen från sensorelementet till ramverket är ungefär lika stort blir följden en stor som kapacitansen till personen spridning i avkänningsavståndet.

Vidare kan en bakomsittande passagerares extremiteter under färd tryckas in i stolsryggen bakifrån eller i sitsen underifrån. Dessa extremiteter är elektriskt ledande och ger på samma sätt som beskrivits ovan om ramverket en stor spridning i avkänningsavståndet till den framförvarande perSOnen .

Det finns således ett behov av anordningar och metoder för närvaroavkänning med vars hjälp kapacitansförändringar i en sensor kan detekteras på ett tillförlitligt sätt. En förut känd typ visas i dokumentet US 5074583. denna sensor uppbyggd av tre skikt, där ett övre och ett undre skikt utgörs av elektriska ledare som omger ett mellanskikt av ett kompressibelt syntetiskt material. Sensorn är avsedd att placeras i ett fordonssäte. av kapacitiv närvarosensor patent- Enligt en viss utföringsform är som utgörs När sensorn påverkas av' en kraft till följd av att en person sätter sig i det aktuella sätet kommer mellanskiktet att komprimeras, vilket medför att avståndet mellan det övre skiktet och det undre skiktet förändras. Detta medför i sin tur att sensorns kapacitans förändras, vilket kan detekteras av tillhörande detekteringsutrustning. På så vis kan ett tillstånd där en passagerare sitter :i ett säte detekteras.

Fastän den kända sensorn i princip ger en acceptabel närvaroavkänning är den dock behäftad med vissa nackdelar. det risk att den detekterade förändras i beroende av störkapacitanser som kopplas till Dels finns kapacitansen det övre och det undre skiktet i sensorn, vilket i sin tur 10 15 20 25 30 35 518 888 ger upphov till en försämrad pålitlighet på grund av att det blir skilja ett tillstånd "närvaro" från ett tillstånd avseende svårare att avseende "icke närvaro".

Dessutom utgör sensorns kapacitans en störkälla som avger elektromagnetisk strålning som t.ex. kan störa annan elektronisk utrustning i fordonet. En ytterligare nackdel förekommande fukt i det är risken att eventuellt kompressibla skiktet orsakar mätfel.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN= Ändamålet med föreliggande tillhandahålla en närvaroavkänning vid vilken de ovannämnda nackdelarna kan ökad tillförlitlighet, i Detta således att anordning för uppfinning är förbättrad kapacitiv elimineras och som ger en synnerhet vid närvaroavkänning i fordonssäten. ändamål uppnås medelst en anordning av i inledningen nämnt slag, vars kännetecknande särdrag framgår av efterföljande patentkrav 1.

Uppfinningen innefattar ett kapacitivt sensorelement som innefattar ett flertal skikt med i huvudsak tvådimensionell utsträckning, varvid sensorelementets kapacitans förändras innefattar också en skillnaden i vid kraftpåverkan. Uppfinningen detekteringsenhet för detektering av kapacitans som föreligger vid dels närvarande objekt och dels frånvarande objekt. åtminstone två elektriskt ledande skikt som är arrangerade så att de omsluter ett tredje elektriskt ledande skikt.

Sensorelementet innefattar Enligt uppfinningen tillhandahålls en fjäderanordning som håller isär de elektriskt ledande skikten. Vid pålagt tryck fjädrar fjäderanordningen så att de ledande skikten bringas närmare varandra.

Genom uppfinningen tillhandahållas en "skärmad" anordning för tillförlitlig närvaroavkänning som uppvisar låga 10 15 20 25 30 35 518 888 4 elektromagnetiska störningar. Dessutom utnyttjas uppfinningen som en ren trycksensor som därigenom är huvudsakligen okänslig för elektrisk apparatur i dess närhet.

Enligt en föredragen utföringsform ingår sensorelementet i en elektrisk krets som genererar en viss utsignal, varvid en parameter hos nämnda utsignal varierar i beroende av Exempelvis kan denna sensorelementets kapacitans. elektriska krets utgöras av en oscillator, varvid sensorelementets kapacitans då utnyttjas som en frekvens- bestämmande komponent i oscillatorkretsen. Dessutom är då nämnda detekteringskrets inrättad att detektera periodtiden hos utgångssignalen från oscillatorn och jämföra denna med ett visst gränsvärde som anger närvaro av det aktuella objektet.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras i anslutning till ett föredraget utföringsexempel under hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka: figur 1 är en tvärsnittsvy som schematiskt visar principen för ett kapacitivt sensorelement för närvaroavkänning, vilket ej utgör del av den föreliggande uppfinningen, figur 2 är en tvärsnittsvy som visar ett kapacitivt sensorelement enligt den föreliggande uppfinningen, figur 3 är en tvärsnittsvy som visar ett sensorelement enligt en ytterligare utföringsform, 10 15 20 25 30 35 518 888 figur 4 är en tvärsnittsvy som ett sensorelement som ej utgör del av uppfinningen, figur 5 är en sidovy av ett fordonssäte som visar hur uppfinningen kan utnyttjas, och figur 6 visar schematiskt en mätenhet att utnyttjas vid närvarodetektering enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRr/IER: Uppfinningen är i synnerhet, men inte uteslutande, avsedd för avkänning av närvaro eller frånvaro av en person i ett på förhand definierat område i ett fordonssäte. Avkänningen kan exempelvis utnyttjas vid system som har till syfte att avaktivera en luftkudde om en åkande ej befinner sig i avkänningsområdet. På så vis kan tillses att luftkudden inte i onödan utlöses eller åsamkar skada på grund av att t.ex. en barnstol är monterad eller att den åkande sitter olämpligt i fordonssätet.

I figur 1 visas ett tryckkänsligt kapacitivt sensorelement 1 som är uppbyggd av ett flertal skikt och som är avsedd att placeras i sätesdelen hos ett fordonssäte. Detta sensorelement 1 utgör ej del av uppfinningen utan beskrivs för förståelsen av uppfinningen. Enligt utföringsformen innefattar anordningen 1 ett första skikt 2 som utgörs av en metallskikt. Ovanpå detta första skikt 2 finns anordnat ett andra skikt 3, vilket utgörs av ett kompressibelt dielektrikum, företrädesvis i form av skumplast. Ovanpå detta skikt skikt 4, företrädesvis i form av en nætallfolie. Ovanpå det tredje skiktet 4 finns anordnat ett fjärde skikt 5, vilket utgörs av ytterligare ett lager av kompressibelt dielektrikum, Slutligen finns ett femte finns anordnat ett tredje företrädesvis i form av skum. skikt 6 av metallfolie anordnat överst i sensorn 1. För att 10 15 20 25 30 35 518 888 medge komprimering av lagren 3, 5 av dielektrikum är metallskikten 2, 4, 6 tillverkade så att de är något flexibla.

De båda yttre skikten 2, 6 är jordade. På så vis bildar de två parallellkopplade kapacitanser genom skikten 2 och 4 skikten 6 och 4. "het" kapacitans, d.v.s. det mellanliggande skiktet 4 för en viss respektive Dessutom utgör det mellanliggande skiktet 4 en anslutning för denna växelspänningspotential.

Dimensionerna hos sensorelementet 1 och dess ingående skikt väljes efter tillämpning och i beroende av hur stort fördefinerat avkänningsområde som är nödvändigt i det aktuella fordonssätet och hur stor tryckpåverkan som skall krävas för att detektera en skillnad i kapacitans vid konstaterad närvaro av ett objekt. Enligt utföringsformen är sensorelementets 1 ytterdimensioner av storleksordningen 200 X 80 X 5 mm. De tre ledande skikten 2, 4, 6 har en tjocklek som företrädesvis är av storleksordningen 50 um, medan de två kompressibla skikten 3, 5 har en tjocklek som företrädesvis är av storleksordningen 5 mm. Vidare är de olika skikten 2, 3, 4, 5, 6 sammanfogade så att de bildar en integrerad enhet. Sammanfogningen kan exempelvis utföras med hjälp av ett lämpligt adhesiv.

Sensorn 1 baseras på principen att dess kompressibla skikt 3, 5 av dielektrikum kommer att pressas samman om de påverkas med en kraft. Detta medför i sin tur att avståndet mellan metallskikten 2, 4, 6 minskar, vilket gör att den kapacitans som bildas av metallskikten 2, 4, 6 ökar. Denna kapacitansförändring kan detekteras med hjälp av detekteringsutrustning, enligt vad som kommer att beskrivas i närmare detalj nedan. 10 15 20 25 30 35 518 888 Sensorskikten 2, 4, 6 är arrangerade så att de två ledande skikten 2 och 6 huvudsakligen omsluter den kondensator som bildas av sensorelementet 1. Härigenom ges en skärmad konstruktion som ger en mycket låg utstrålad elektro- magnetisk strålning som kan påverka andra komponenter i närheten av sensorelementet 1. Dessutom ges en mycket låg känslighet för instrålande störningar.

Sensorskiktet 6 kan enligt ett alternativt utförande vara växelspänningsmässigt anslutet till sensorskiktet 2, så att de båda skikten bildar en "Faraday's bur" jordade samt På så vis är växelspänningsmässigt kring skiktet 4. isoleras skiktet 4 från omgivningen.

I figur 2 visas ett sensorelement 1 enligt den föreliggande uppfinningen, som förutom de ovannämnda ledande skikten 2, 4, 6 även innefattar två huvudsakligen identiska fjäder- respektive 8. Det första förbinder de två ledande skikten 2 och 4, medan det andra fjäderelementet 8 förbinder de två ledande skikten 4 och 6.

Fjäderelementet 7, 8 är så inrättade att de inte orsakar kortslutning mellan respektive ledande skikt 2, 4, 6. Detta element 7 fjäderelementet 7 uppnås antingen genom att fjäderelementen 7, 8 tillverkas av ett isolerande material eller genom att fjäderelementen 7, 8 fästs i respektive ledande skikt 2, 4, 6 via isolerade (ej visade) fjäderfästen. Kapacitansen hos det kompletta sensorelementet bestäms här i beroende av avståndet mellan skikten, påverkas av någon kraft. vilket varierar i beroende av om sensorn 1 I figur 3 visas ett sensorelement 1 enligt en ytterligare utföringsform av vilket mellanliggande ledande skikt 4 och två yttre, ledande skikt De yttre uppfinningen, innefattar ett 2' respektive 6' som är anslutna till jord. skikten 2', 6' arrangerade så att de kan anta ett viloläge på ett visst är utformade med viss elasticitet samt 10 15 20 25 30 35 518 888 avstånd från det mellanliggande skiktet 4 samt ett ytterligare läge där de har förflyttats in mot det mellanliggande skiktet 4. Detta inre läge, som således föreligger när sensorelementet 1 påverkas med en kraft, visas med streckade linjer i figur 3.

Sensorelementet 1 enligt figur 3 är således utformat med en integrerad fjäderverkan. Eftersom avståndet mellan de yttre skikten 2', 6' och det mellanliggande skiktet 4 ändras vid en kraftpåverkan kommer då även sensorelementets 1 totala kapacitans att ändras. Denna ändring av kapacitansen kan detekteras med lämplig detekteringsutrustning, vilket även kommer att beskrivas i närmare detalj nedan.

Vidare gäller att de yttre skikten 2', 6' är fästa vid det mellanliggande skiktet 4 via ett flertal distanselement 9 av elektriskt isolerande material.

Fördelen med de utföringsformer som visas i figurerna 2 och 3 är att respektive sensorelement 1 inte innefattar något skum som kan ansamla fukt, vilket i sin tur kan påverka den uppmätta således leda till mätfel.

Dessutom sätter sig inte ett metalliskt fjäderelement så kapacitansen och som skum kan göra.

I figur 4 visas ett sensorelement 1 som ej utgör del av uppfinningen, varvid det övre ledande skiktet 6 flyter elektriskt sett, d.v.s. det har inte någon ytterligare anslutning. Skiktet 2 är växelspänningsmässigt jordat.

Mellan skikten 2 och 6 finns ett kompressibelt skikt 10.

Vidare finns ett mellanliggande skikt som i sin tur är uppdelat på två skiktdelar 4a och 4b, vilka är anslutna så att summan av växelspänningarna på de båda skiktdelarna, d.v.s. u(4a) + u(4b), är lika med eller nära noll volt. På så vis kommer sensorskiktet 6 att få en växelspänning som är nära noll volt, eftersom förskjutningsströmmarna från 10 15 20 25 30 35 518 888 skiktdelarna 4a och 4b i huvudsak tar ut varandra.

Sensorskiktet 6 kommer därmed att fungera som en skärm och att det inte ansluts isolering mot omgivningen, trots någonstans.

I figur 5 visas ett fordonssäte 11 med två lämpliga placeringar av en sensor 1, nämligen i sätets ll stolsdyna 12 eller i dess ryggstöd 13. Sätet ll kan innefatta två eller flera separata sensorer 1, varvid olika placeringar i sätet 11 kan utnyttjas.

Vidare är respektive sensor 1 ansluten till en mätenhet 14, som i figur 5 endast visas schematiskt men som nu kommer att beskrivas mer i detalj med hänvisning till figur 6. Av denna figur framgår att den variabla kondensator 15 (som bildas genom sensorelementet 1 enligt t.ex. figur 1) som bildas genom sensorn 1 är ansluten till mätenheten 14.

Närmare bestämt är kondensatorn 15 ansluten som en frekvensbestämmande komponent i. en oscillatorkrets 16 som Det är i sig förut känt hur ingår i mätenheten 14. oscillatorer kan konstrueras med kondensatorer som frekvensbestämmande element, och oscillatorkretsen 16 enligt uppfinningen är inrättad att generera en utsignal i form av en växelspänning U1 med en frekvens som varierar i beroende av kondensatorns 15 kapacitans, d.v.s. i beroende av graden av komprimering av sensorelementet 1 (jfr. t.ex. 1). Detta periodtid också står i proportion till vikten hos en åkande figur innebär i princip att utsignalens U1 i ett säte där sensorn 1 finns anordnad. är ansluten till en inrättad att detektera Oscillatorkretsens 16 utsignal U1 detekteringsenhet 17, vilken är periodtiden hos nämnda utsignal U1, vars frekvens således beror av kondensatorns 15 kapacitans. Detekteringsenheten 17 kan utgöras av en icke-datorbaserad kretslösning' men datorbaserad enhet. En utgörs företrädesvis av en 10 15 20 25 30 35 518 888 10 detektering av "närvaro" eller "icke närvaro" av ett objekt i ett fordonssäte sker genom att den uppmätta sensorperiod- tiden ts hos utsignalen U1 jämförs med ett visst gränsvärde to som svarar mot att objektet (d.v.s. en åkande person) är placerad i det aktuella sätet ll (jfr. figur 5). Om den uppmätta periodtiden ts understiger gränsvärdet to svarar detta mot att närvaro i sätet ej föreligger. När således periodtiden ts har ökat tills den överskridit gränsvärdet to konstateras "närvaro". Gränsvärdet to för periodtiden väljes så att man med säkerhet kan konstatera om närvaro föreligger eller ej, d.v.s. den sätts till ett värde som svarar exempelvis mot den kapacitansförändring hos sensorn 1 som sker vid belastning med en kroppsvikt på t.ex. 30 kg.

Enligt utföringsformen är uppfinningen särskilt avsedd att utnyttjas :i motorfordon, närmare bestänm; för avaktivering av en uppblåsbar krockkudde i det fall att närvaro i respektive säte ej har konstaterats. För detta ändamål är detekteringsenheten 17 ansluten till en utlösningsmekanism 18 för en uppblåsbar krockkudde mekanismen 18 är inrättad att medge en aktivering nämnda (visas ej). Utlösnings- krockkudde on\ närvaro har konstaterats i sätet. På känt sätt måste givetvis även andra villkor beträffande t.ex. fordonets retardation också uppfyllas för att krockkudden verkligen skall blåsas upp.

Vid användning av uppfinningen i samband med nwtorfordon förekommer stora temperaturvariationer, t.ex. mellan -250 C till +35° C, vilket kan förekomma i takt med årstidernas växlingar. I avsikt att minska ett eventuellt temperatur- beroende hos kondensatorn 15 innefattar uppfinningen företrädesvis en referensoscillator 19, vilken är ansluten till en Referensoscillatorn 19 konstrueras i kiselbricka som oscillatorkretsen 16, vilket innebär att andra ingång på detekteringsanordningen 17. huvudsak på samma 10 15 20 25 30 35 518 888 ll båda huvudsak temperaturberoende. oscillatorerna 16, 19 får i samma Vidare genererar referensoscillatorn 19 en utsignal U2 i form av en växelspänning med en förutbestämd periodtid tg.

Genom att detekteringskretsen 17 är inrättad att beräkna den relativa periodtiden, d.v.s. tREL = ts / tR fås ett mått på kapacitansen hos kondensatorn 15 så att ett ringa temperaturberoende erhålles. I det fall att referens- oscillatorn 19 utnyttjas är företrädesvis detekterings- inrättad att periodtiden tREL med ett förutbestämt gränsvärde t0,REL som kretsen jämföra den beräknade relativa indikerar närvaro i det aktuella sätet och som utnyttjas för styrning av en krockkudde enligt vad son1 beskrivits OVaII .

Uppfinningen är inte begränsad till ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexempel, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan det kapacitiva sensorelementet 1 placeras på olika ställen och i olika antal i fordonssätet ll (se figur 5). Dessutom kan uppfinningen kan användas i andra sammanhang än i fordon, där behov finns av att avkänna närvaro eller frånvaro med avseende på ett förutbestämt avkänningsområde.

Vidare gäller att den ovan beskrivna kondensatorn 15 ingår som komponent i en elektrisk krets som pålägges en spänning och där kondensatorns kapacitans påverkar värdet av en utsignal från nämnda elektriska krets. Denna krets behöver inte nödvändigtvis utgöras av en oscillator, enligt vad som beskrivits ovan, utan kan utgöras även av andra typer av kretsar där en kapacitans ingår som utsignalbestämmande komponent. 518 888 12 Enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen kan sensorelementet l anordnas i ett vattentätt hölje, vilket gör att den blir okänslig för eventuell fukt i ett fordonssäte.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 518 888 13 PATENTKRAV :

1. Anordning för avkänning av närvaro av ett objekt i ett förutbestämt område (11) och innefattande åtminstone ett flertal huvudsak kapacitivt sensorelement (1) innefattande ett elektriskt ledande skikt (2, 4, 6) med i tvådimensionell utsträckning och anordnade på avstånd från varandra, varvid det inbördes avståndet mellan minst två av de ledande skikten minskar vid kraftpåverkan, varigenom nämnda sensorelementets (1) kapacitans förändras, samt en detekteringsenhet (14) kapacitans som föreligger vid dels närvarande objekt och för detektering av skillnaden i dels frånvarande objekt, varvid de elektriskt ledande skikten (2, 4, 6) är arrangerade så att åtminstone två (2, 6) av skikten huvudsakligen omsluter åtminstone ett ytterligare skikt (4), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att nämnda kapacitiva sensorelement (1) är uppbyggt i tur och ordning av ett första elektriskt ledande skikt (2) som är växelspänningsmässigt jordat, ett elektriskt ledande skikt (4), samt ett tredje elektriskt ledande skikt skikten hålls åtskilda av åtminstone ett isolerande fjäderelement (7, 8) samt varvid andra (6), varvid elektriskt nämnda första och tredje ledande skikt (2, 6) utgör yttre skikt i sensorelementet (1).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e-c k n a d d ä r a v , att sensorelementet (1) ingår i en elektrisk krets (16) (U1), parameter hos nämnda utsignal (U1) varierar i beroende av som genererar en utsignal varvid en sensorelementets (1) kapacitans och varvid nämnda detekteringsenhet (14) innefattar en detekteringskrets (17) som är inrättad för detektering av nämnda parameter. 10 15 20 25 30 518 888 14

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda elektriska krets (16) utgörs av en oscillatorkrets (16) för generering av en växelspänning (01): ingår som i vilken oscillatorkrets (16) sensorelementet (1) frekvensbestämmande komponent, samt att detekteringskretsen (17) är inrättad för bestämning av periodtiden (ts) hos utsignalen (U1) och jämförelse av denna med ett förutbestämt gränsvärde (to) som indikerar närvaro.

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den innefattar en referensoscillator (19) som är ansluten till detekteringskretsen (17) och som genererar en andra utsignal (U2) med en förutbestämd andra periodtid (tR), samt att detekteringskretsen (17) är inrättad för kompensering av omgivningens påverkan genom beräkningar innefattande båda nämnda periodtider (ts, tR).

5. Anordning något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä 1? a v , att nämnda detekte- ringsenhet (14) är ansluten till en utlösningsmekanism (18) krockkudde och inrättad att vid konstaterad närvaro av nämnda objekt medge aktivering av enligt för en uppblåsbar nämnda krockkudde.

6. Fordonssäte (ll) innefattande en anordning enligt något av' patentkraven 1-5, varvid nämnda sensorelement (1) är anordnat för avkänning av närvaro av nämnda objekt i ett förutbestämt område i fordonssätet (11).