TWI709499B - 用於移動強化偵測之車座及系統 - Google Patents

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亞當 蘭達
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美商塔切爾實驗室公司
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Abstract

能夠判定一乘用者或物件之壓力及位置之一感測器被定位於一車輛內。該感測器能夠在靜態條件及其中一物件或乘用者由於(舉例而言)一車輛之移動而移動的情景期間進行量測。在移動期間及在該等靜態條件期間進行之該等量測係用於強化與細化於單獨進行該等量測之情況下將獲得的量測結果。

Description

用於移動強化偵測之車座及系統
所揭示系統一般而言係關於感測器領域，且特定而言係關於由該等感測器進行之量測之強化。
10:座位
11:感測器
12:座位靠背
13:感測器
14:座位底部
15:加速度計
100:感測器
200:位置
201:列導體
300:位置
301:行導體
400:表面
k:量
m:量
自對如附圖中所圖解說明之實施例之以下更特定說明將明瞭本發明之前述及其他目標、特徵及優點，其中參考字符貫穿各個視圖係指相同部分。圖式未必按係比例的，而是將重點放在圖解說明所揭示實施例之原理上。
圖1係圖解說明一低延時感測器之一實施例之一高階方塊圖。
圖2係一質量彈簧模型之一圖式。
圖3係併入有感測器之一座位之一示意性概觀。
本申請案主張2018年4月13日提出申請之第62/657,205號美國臨時申請案的權益，該美國臨時申請案之內容據此係以引用的方式併入本文中。本申請案包含受版權保護之材料。版權擁有人不反對任何人對 專利揭示內容進行拓製，此乃因其出現在專利與商標局文檔或記錄中，而在其他方面則保留所有版權。
在各種實施例中，本發明針對於對懸停、接觸及壓力以及其在真實世界、人工實境、虛擬實境及擴增實境環境中之應用敏感之系統。熟習此項技術者將理解，本文中之揭示內容大體上適用於用以偵測懸停、接觸及壓力之所有類型之系統。
貫穿本發明，術語「事件」、「觸控」、「若干觸控」、「觸控事件」、「接觸」、「若干接觸」、「懸停」或「若干懸停」或其他描述符可用於闡述其中由一感測器偵測一鍵、開關、使用者之手指、一手寫筆、一物件或一身體部位之事件或時間週期。在某些感測器中，偵測僅發生在使用者與一感測器或其中體現該感測器之一裝置實體接觸時。在某些實施例中，且如一般由措辭「接觸」所表示，此等偵測由於與一感測器或其中體現該感測器之一裝置之實體接觸而發生。在其他實施例中，且如有時一般由術語「懸停」所提及，感測器可經調諧以允許偵測懸停在觸控表面上面之一距離處或以其他方式與感測器裝置分離且引起一可辨識改變之「觸控」或「事件」，儘管事實係導電或電容式物件(例如，一手指)不與該表面實際實體接觸。因此，本說明中用來暗指依賴於經感測實體接觸之語言不應視為意指所闡述之技術僅適用於彼等實施例；實際上，本文中所闡述之幾乎所有內容(若非全部)將同樣適用於「接觸」及「懸停」，其中之每一者皆係一「觸控」。一般而言，如本文中所使用，措辭「懸停」係指非接觸事件或觸控，且如本文中所使用，就在本文中預期「觸控」之意義而言，術語「懸停」係一種類型之「觸控」。因此，如本文中所使用，當用作一名詞時，片語「觸控事件」及措辭「觸控」包含一接近觸控及一接近 觸控事件，或可使用一感測器來識別之任何其他手勢。「壓力」係指一使用者接觸(例如，藉由使用者之手指或手之按壓)抵靠一物件之表面所施加之每單位面積之力。類似地，「壓力」量係「接觸」(亦即，「觸控」)之一量測。「觸控」係指「懸停」、「接觸」、「壓力」或「抓握」之狀態，然而沒有「觸控」一般藉由信號低於用於由感測器進行準確量測之一臨限值來識別。根據一實施例，事件可以極低延時(例如，約十毫秒或少於十毫秒，或者約少於一毫秒)來偵測、處理及供應至下游計算程序。
如本文中所使用，且尤其在申請專利範圍內，諸如第一及第二之序數術語本身並不意欲暗指序列、時間或唯一性，而是用於區分一個所主張構造與另一所主張構造。在內容脈絡有指定之某些使用中，此等術語可暗指第一及第二係唯一的。舉例而言，在一事件發生於一第一時間處且另一事件發生於一第二時間處之情況下，並非意欲暗指第一時間發生於第二時間之前、發生於第二時間之後或與第二時間同時發生。然而，在請求項中呈現對第二時間在第一時間之後之其他限制之情況下，內容脈絡將需要將第一時間及第二時間解讀為唯一時間。類似地，在內容脈絡如此指定或准許之情況下，意欲廣泛地解釋序數術語，使得兩個經識別之主張構造可具有相同特性或不同特性。因此，舉例而言，在不存在其他限制之情況下，一第一頻率與一第二頻率可係相同頻率，例如，第一頻率係10Mhz且第二頻率係10Mhz；或可係不同頻率，例如，第一頻率係10Mhz且第二頻率係11Mhz。內容脈絡可另有指定，舉例而言，在一第一頻率與一第二頻率進一步限於彼此頻率正交之情況下，在此情形中，其可並非相同頻率。
目前所揭示系統及方法提供用於設計、製造及使用以下各 項之系統及方法：感測器，及特定而言採用基於正交傳訊之一多工方案(諸如但不限於分頻多工(FDM)、分碼多工(CDM)或組合FDM及CDM方法兩者之一混合調變技術)之感測器。本文中對頻率之提及亦可係指其他正交信號基礎。如此，本申請案以引用方式併入有申請人之先前的標題為「Low-Latency Touch Sensitive Device」之第9,019,224號美國專利及標題為「Fast Multi-Touch Post Processing」之第9,158,411號美國專利。此等申請案涵蓋可結合目前所揭示感測器而使用之FDM、CDM或FDM/CDM混合觸控感測器。在此等感測器中，相互作用在來自一列之一信號耦合(增加)至一行或與一行解耦(減少)時被感測到，且結果接收於彼行上。藉由依序激勵該等列及量測在該等行處之激勵信號之耦合，可形成反映電容改變及因此反映接近度之一熱圖。
本申請案亦採用在以下各項中所揭示之快速多點觸控感測器及其他介面中所使用之原理：第9,933,880號美國專利；第9,019,224號美國專利；第9,811,214號美國專利；第9,804,721號美國專利；第9,710,113號美國專利；及第9,158,411號美國專利。假定熟悉在此等專利內之揭示內容、概念及命名法。彼等專利及以引用方式併入其中之申請案之全部揭示內容以引用方式併入本文中。本申請案亦採用在以下各項中所揭示之快速多點觸控感測器及其他介面中所使用之原理：美國專利申請案15/162,240；15/690,234；15/195,675；15/200,642；15/821,677；15/904,953；15/905,465；15/943,221；62/540,458；62/575,005；62/621,117；62/619,656及PCT公開案PCT/US2017/050547，假定熟悉其中之揭示內容、概念及命名法。彼等申請案及以引用方式併入其中之申請案之全部揭示內容以引用方式併入本文中。
圖1圖解說明根據一實施例之一感測器100之特定原理。在位置200處，將一不同信號傳輸至表面400之列導體201中之每一者中。信號經設計以係「正交的」，亦即，可彼此分離且區分的。在位置300處，一接收器附接至每一行導體301。列導體201及行導體301係能夠傳輸及/或接收信號之導體/天線。該接收器經設計以在具有或不具有其他信號及/或雜訊之情況下接收所傳輸信號中之任一者或該等所述傳輸信號之一任意組合，且個別地判定存在於彼行導體301上之正交所傳輸信號中之每一者之一量測(例如，一量)。感測器之表面400包括一系列列導體201及行導體301(未展示全部)，正交信號可沿著該系列列導體201及行導體301傳播。在一實施例中，列導體201及行導體301經配置使得一事件(亦即，引起一列導體201相對於一行導體301之位移或列導體201與行導體301之間的相互作用之任何移動或觸控)將引起列中之至少一者與行中之至少一者之間的一耦合改變。在一實施例中，一事件將引起在行導體中偵測到之在一列導體上傳輸之一信號之量(例如，量值)之一改變。在一實施例中，一事件將引起在一行導體上偵測到之在一列導體上傳輸之一信號之相位之一改變。由於感測器最終由於耦合之一改變而偵測到一事件，因此其並非特別重要的，惟可以其他方式對於一特定實施例顯而易見之原因(所引起之改變類型)除外。如上文所論述，該事件不需要一實體觸控，而是需要影響所耦合信號之一事件。在一實施例中，該事件不需要一實體觸控，而是需要以一可重複或可預測方式影響所耦合信號之一事件。
繼續參考圖1，在一實施例中，一般而言，接近於一列導體201及行導體301兩者之一事件之結果引起當在一行導體上偵測到信號時在一列導體上傳輸之該信號之一改變。在一實施例中，可藉由比較行導 體上之連續量測而偵測耦合改變。在一實施例中，可藉由比較在列導體上傳輸之信號之特性與在行導體上進行之一量測而偵測耦合改變。在一實施例中，可藉由比較行導體上之連續量測且藉由比較在列導體上傳輸之信號之已知特性與在行導體上進行之一量測而量測一耦合改變。
更一般而言，事件引起且因此對應於行導體301上之信號之量測。由於列導體201上之信號係正交的，因此多個列信號可耦合至一行導體301且由接收器區分。同樣地，每一列導體201上之信號可耦合至多個行導體301。對於耦合至一給定列導體201之每一行導體301(且不管觸控如何影響列與行之間的耦合)，在行導體301上量測之信號含有將指示哪些列導體201同時與彼行導體301相互作用之資訊。每一所接收信號之量值或相移一般與載運對應信號之行導體301與列導體201之間的耦合量有關，且因此可指示觸控物件距表面之一距離、由相互作用覆蓋之表面之一面積及/或相互作用之壓力。
在一裝置之各種實施方案中，與列導體201及/或行導體301實體接觸係不太可能或不可能的，此乃因列導體201及/或行導體301與相互作用物件之間可存在一保護性障壁。此外，一般而言，列導體201及行導體301本身不彼此實體接觸，而是放置於允許信號耦合於其之間的一接近區中，且彼耦合隨著相互作用而改變。一般而言，列-行耦合並非因其之間的實際接觸而產生，亦非因來自物件之實際接觸而產生，而是因使物件接近之效應而產生，其中該接近引起一耦合改變。
在一實施例中，列導體及行導體之定向可由於一實體程序而變化，且列導體及/或行導體相對於彼此之定向(例如，移動)之改變可引起一耦合改變。在一實施例中，一列導體及一行導體之定向可由於一實體 程序而變化，且列導體與行導體之間的定向範圍包含歐姆接觸，因此在一範圍內之某些定向中，一列導體與行導體可實體接觸，而在該範圍內之其他定向中，該列導體與該行導體不實體接觸且可使其耦合變化。在一實施例中，當一列導體與行導體不實體接觸時，其耦合可由於移動為更靠近在一起或進一步分開而變化。在一實施例中，當一列導體與行導體不實體接觸時，其耦合可由於接地而變化。在一實施例中，當一列導體與行導體不實體接觸時，其耦合可由於材料在所耦合場內經轉化而變化。在一實施例中，當一列導體與行導體不實體接觸時，其耦合可由於列導體或行導體或者與列導體或行導體相關聯之一天線之一改變形狀而變化。
列導體201及行導體301之性質係任意的且特定定向係無關的。實際上，術語列導體201及行導體301不意欲係指一正方形網格，而是係指在其上面傳輸信號之一組導體(列)及信號可耦合至其上之一組導體(行)。在列導體201上傳輸信號且在行導體301上接收信號之概念本身係任意的，且可同樣容易地在任意地指定為行導體之導體上傳輸信號且在任意地命名為列導體之導體上接收信號，或兩者皆可任意地命名為其他名稱。此外，不必要使列導體及行導體呈一網格。其他形狀亦係可能的，只要一事件將影響一列-行耦合即可。舉例而言，「列」可呈同心圓且「行」可係自中心向外輻射之輻條。且「列」或「行」兩者皆不需要遵循任何幾何或空間圖案。此外，一天線/導體可係圓形的或矩形的，或具有實質上任何形狀，或改變之一形狀。用作一列導體之一天線/導體可接近於用作行導體之一或多個天線/導體而定向。換言之，在一實施例中，一天線可用於信號傳輸且接近於一或多個導體或者用於接收信號之一或多個其他天線而定向。一事件將改變用於信號傳輸之天線與用於接收信號之天線之間的耦 合。
僅存在兩種類型之信號傳播通道係不必要的：替代列及行，在一實施例中，可提供通道「A」、「B」及「C」，其中在「A」上傳輸之信號可接收於「B」及「C」上，或在一實施例中，在「A」及「B」上傳輸之信號可接收於「C」上。信號傳播通道可使功能交替進行(有時支援傳輸器且有時支援接收器)亦係可能的。亦涵蓋信號傳播通道可同時支援傳輸器及接收器-倘若所傳輸信號係正交的，且因此可與所接收信號分離。可使用三種或三種以上類型之天線或導體，而非僅僅使用「列」及「行」。諸多替代實施例係可能的且熟習此項技術者在考量本發明之後將明瞭該等諸多替代實施例。
僅存在在每一傳輸媒體上傳輸之一個信號同樣係不必要的。在一實施例中，在每一列上傳輸多個正交信號。在一實施例中，在每一傳輸天線上傳輸多個正交信號。
暫時返回至圖1，如上所述，在一實施例中，表面400包括一系列列導體201及行導體301，信號可沿著該系列列導體201及行導體301傳播。如上文所論述，列導體201及行導體301經定向，使得在其不相互作用時，信號的耦合方式不同於在其相互作用時信號的耦合方式。耦合在其之間之信號的改變可係與事件大體成比例或成反比(儘管未必線性地成比例)，使得一事件經量測為一漸變，從而准許在較多壓力(亦即，較靠近或較穩固)與較少壓力(亦即，較遠或較柔軟)及甚至無壓力之間進行區分。
在位置300處，一接收器經附接至每一行導體301。該接收器經設計以接收存在於行導體301上之信號，包含正交信號中之任一者或正交 信號之一任意組合，及存在之任何雜訊或其他信號。一般而言，該接收器經設計以接收存在於行導體301上之一信號訊框，且識別提供信號之行導體。在一積分週期或取樣週期期間接收一信號訊框。在一實施例中，該接收器(或與接收器資料相關聯之一信號處理器)可判定與在擷取信號訊框之時間期間存在於彼行導體301上之正交所傳輸信號中之每一者之量相關聯之一量測。以此方式，除與每一行導體301一起識別列導體201之外，接收器亦可提供關於事件之額外(例如，定性)資訊。一般而言，事件可對應(或相反地對應)於行導體301上之所接收信號。對於每一行導體301，在其上接收之不同信號指示對應列導體201中之哪一者同時與彼行導體301相互作用。在一實施例中，對應列導體201與行導體301之間的耦合量可指示(例如)由事件覆蓋之表面的面積、事件的壓力等。在一實施例中，對應列導體201與行導體301之間隨著時間之一耦合改變指示在兩者之交叉點處之一改變。
在一實施例中，可採用包括信號產生器、傳輸器、接收器及信號處理器之一混合信號積體電路。在一實施例中，該混合信號積體電路經調適以產生一或多個信號，且將該等信號發送至傳輸天線/導體。在一實施例中，該混合信號積體電路經調適以產生複數個頻率正交信號，且將該複數個頻率正交信號發送至該等傳輸天線/導體。在一實施例中，該混合信號積體電路經調適以產生複數個頻率正交信號，且將該複數個頻率正交信號中之一或多者發送至複數個列中之每一者。在一實施例中，該等頻率正交信號係介於自DC直至大約2.5GHz之範圍內。在一實施例中，該等頻率正交信號係介於自DC直至大約1.6MHz之範圍內。在一實施例中，該等頻率正交信號係介於自50KHz至200KHz之範圍內。該等頻率 正交信號之間的頻率間距應大於或等於一積分週期(亦即，取樣週期)之倒數。
在一實施例中，一混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)之信號處理器經調適以判定表示傳輸至一列之每一頻率正交信號之至少一個值。在一實施例中，該混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)之信號處理器對所接收信號執行一傅立葉變換。在一實施例中，該混合信號積體電路經調適以將所接收信號數位化。在一實施例中，該混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)經調適以將所接收信號數位化且對經數位化資訊執行一離散傅立葉變換(DFT)。在一實施例中，該混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)經調適以將所接收信號數位化且對經數位化資訊執行一快速傅立葉變換(FFT)-一FFT係一種類型之離散傅立葉變換。
熟習此項技術者鑒於本發明將明瞭，一DFT本質上處理在一取樣週期(例如，積分週期)期間獲得之數位樣本序列(例如，窗口)，好似其重複一樣。因此，非中心頻率(亦即，積分週期之倒數(此倒數定義最小頻率間距)之非整數倍)之信號可具有將小值貢獻至其他DFT頻率組(bin)中之相對標稱、但非預期結果。因此，熟習此項技術者鑒於本發明亦將明瞭，此等小貢獻並未「違反」如本文中所使用之術語「正交」。換言之，當在本文中使用術語「頻率正交」時，若一個信號對DFT頻率組之實質上所有貢獻相較於另一信號之實質上所有貢獻係對不同DFT頻率組做出，則將兩個信號視為頻率正交。
在一實施例中，在至少1MHz下對所接收信號進行取樣。在一實施例中，在至少2MHz下對所接收信號進行取樣。在一實施例中，在4Mhz下對所接收信號進行取樣。在一實施例中，在4.096Mhz下對所 接收信號進行取樣。在一實施例中，在大於4MHz下對所接收信號進行取樣。
舉例而言，為達成kHz取樣，可在4.096MHz下獲得4096個樣本。在此一實施例中，積分週期係1毫秒，根據頻率間距應大於或等於積分週期之倒數之約束，此提供1KHz之一最小頻率間距。(熟習此項技術者鑒於本發明將明瞭，在(例如)4MHz下獲得4096個樣本將產生比一毫秒稍長之一積分週期，且不達成kHz取樣及976.5625Hz之一最小頻率間距。)在一實施例中，頻率間距等於積分週期之倒數。在此一實施例中，一頻率正交信號範圍之最大頻率應小於2MHz。在此一實施例中，一頻率正交信號範圍之實際最大頻率應小於取樣速率之大約40%或大約1.6MHz。在一實施例中，使用一DFT(其可係一FFT)將經數位化之所接收信號變換為資訊頻率組，每一資訊頻率組反映可已由傳輸天線130傳輸之一所傳輸頻率正交信號之頻率。在一實施例中，2048個頻率組對應於自1KHz至大約2MHz之頻率。熟習此項技術者鑒於本發明將明瞭，此等實例僅係例示性的。取決於一系統之需求且經受上文所闡述之約束，可增加或減小取樣速率，可調整積分週期，可調整頻率範圍等。
在一實施例中，一DFT(其可係一FFT)輸出包括針對每一所傳輸頻率正交信號之一頻率組。在一實施例中，每一DFT(其可係一FFT)頻率組包括一同相(I)分量及正交(Q)分量。在一實施例中，I分量與Q分量之平方和用作與彼頻率組之信號強度對應之量測。在一實施例中，I分量與Q分量之平方和之平方根用作與彼頻率組之信號強度對應之量測。熟習此項技術者鑒於本發明將明瞭，與一頻率組之信號強度對應之一量測可用作與一事件相關之一量測。換言之，與一給定頻率組中之信號強度對 應之量測將由於一事件而改變。
關於圖1所闡述之感測器及方法論提供可在下文所論述之系統中採用之一感測器之一實例。下文所闡述之系統集中於改良可並非穩定或靜態之環境中之感測。在某些環境中，可發生產生移動(諸如振動)之事件，該等移動可影響經受一感測器之感測之事件。替代干擾偵測事件之能力，移動可用於強化事件偵測。舉例而言，使用發生在經受移動之一車輛或類似環境內之移動(諸如振動)之能力可用於強化彼類型之環境內之感測。在一實施例中，移動用於放大一觸控事件或以其他方式促進一觸控事件之偵測。在一實施例中，可在存在移動(諸如振動)之情況下連續地採用來自觸控事件之壓力。在一實施例中，可在存在移動之情況下在不同積分週期期間判定觸控事件。在一實施例中，可在存在移動之情況下週期性地判定觸控事件。在一實施例中，可在存在移動之情況下連續地判定觸控事件。藉由獲得連續量測，可針對各種種類之求平均方法論獲得更多資料。亦可並非藉由獲得連續量測而是藉由在足夠長充分時間內獲得量測來獲得資料。
量測一車輛中之一座位之乘用者之質量之能力可在汽車領域中具有重要應用，而且在其他領域中具有應用，其中一座位之使用者之量測可提供有用資訊。此資訊亦可適用於醫療、遊戲及其他領域中。此可藉由量測一質量彈簧模型之偏轉來實現，但存在藉由量測質量彈簧模型之動態偏轉而實現其之優點。兩個模型可經組合以提供兩者之優點。兩個優點之組合可用於強化且改良由系統進行之量測。
可將一經佔用座位模型化為如圖2中所展示之一質量彈簧系統。一個一階質量彈簧系統由一線性彈簧構成，其中一端附接至一固定 點且另一端附接至在某一力(諸如重力)下起作用之一質量。根據虎克定律，彈簧常數k提供彈簧上之力與使彈簧壓縮(或延伸)之程度之間的關係。
F=kz
在此模型中，彈簧上之力與質量及區域重力加速度成比例。
F=-mg
此給出如下關係： kz=-mg及
Figure 108113114-A0305-02-0015-2
僅給定彈簧之偏轉及重力知識以及彈簧常數，此允許判定附接至彈簧之質量。嵌入於一座位中之一感測器(諸如上文所論述之感測器100)提供在計算中所使用之偏轉。亦即，可基於藉助感測器100進行之量測而判定彈簧之相對移動。重力加速度在全世界係相對恆定的且因此係將在計算中使用之一已知量。彈簧常數之知識可係在設計時間所知曉或在計算之前某一時間以實驗方式判定之一預定量。使用以上方法論判定質量在座位係固定時效果好，且可在座位稍微移動之情況下藉由獲取量測之一平均值而有效。
在其中一座位移動之情景中，以一動態方式量測存在於座位中之質量亦可為準確地判定資訊而提供額外資料。在其中座位移動之情景中，可忽略質量上之靜態重力且可僅量測質量在一靜態點周圍之運動。上文所論述之質量彈簧模型經歷具有如下之一頻率之簡單諧振運動：
Figure 108113114-A0305-02-0015-3
舉例而言，若座位經歷(舉例而言)因一汽車越過一凸塊導致之一移動(諸如振動)，則乘用者將以表示移動之一頻率上下振盪。在若干個循環內量測移動之頻率且利用以下方程式使用該頻率來計算乘用者之質量：
Figure 108113114-A0305-02-0016-4
注意，上文所使用之方程式並非g之一函數，且係用於量測座位之乘用者之質量之一單獨方法論。
存在其他細化。一座位之質量彈簧模型可能遵循一質量彈簧阻尼器模型，包含阻止乘用者在初始衝動之後上下彈動太長時間之某一損耗機制(類似於一減震器)。此可經模型化為在闡述一質量之運動之差動方程式中之一損耗項，且將表現為振盪振幅隨著時間之一衰變。衰變量將引起不同行為模式。此等可利用差動方程式來計算及分析，且下文之方程式圖解說明每一模式將如何影響對乘用者之質量之估計。
以下文所提供之方程式來開始力之方程式，其中F mass 係質量上之總力：
Figure 108113114-A0305-02-0016-17
 及F spring =-kz亦使用與速度成比例之一力項，此力項表示損耗：
Figure 108113114-A0305-02-0016-27
將此等各項組合至如下之一單個方程式中：F mass =F spring +F friction ，獲得以下方程式：
Figure 108113114-A0305-02-0016-28
Figure 108113114-A0305-02-0017-20
在總力經設定至零之情況下，假定不存在外側驅動力，此係待藉由考量如下形式之解而求解之一簡單差動方程式：z=Ce αt
且產生
Figure 108113114-A0305-02-0017-21
此等方程式可替換成差動方程式以將
Figure 108113114-A0305-02-0017-22
變成mα 2 Ce αt +2pαCe αt +kCe αt =0。
除以共同Ce αt 項會產生mα 2+2pα+k=0
使用二次公式對α求解。
Figure 108113114-A0305-02-0017-5
系統之不同行為模式對應於參數之不同值。
無阻尼模式對應於無損耗之一系統，亦即其中p係零。參數α係虛構的且差動方程式之解因此係：
Figure 108113114-A0305-02-0017-6
其中
Figure 108113114-A0305-02-0017-7
且φ係一相位因子。藉由初始條件判定變數A及φ。無阻尼情形產生在系統經歷一衝動(諸如在一尖銳凸塊上行駛)之後決不逐漸消失之振盪。無阻尼情形係實體上不現實的，此乃因系統中通常始終存在某些損耗。
在欠阻尼模式中，其中存在某些損耗(亦即p>0)，但p 2 < mk。參數參數α係複雜的：
Figure 108113114-A0305-02-0018-8
其中
Figure 108113114-A0305-02-0018-9
且φ係一相位因子。變數A及φ再次由初始條件判定。欠阻尼情形引起在系統經歷一衝動之後以指數方式逐漸消失之振盪。此行為常見於真實世界振盪系統中。
在臨界阻尼情形中，其中p 2 =mk，參數α係實數。
Figure 108113114-A0305-02-0018-11
由於重複根(歸因於±0)而存在差動方程式之兩個解。
Figure 108113114-A0305-02-0018-12
其中C 1 及C 2 係由初始條件判定之常數。
臨界阻尼情形未產生振盪且自一工程設計視角來看係令人感興趣的，此乃因其使質量在最少時間內返回至其靜態靜止位置。車座可經設計以在臨界阻尼點附近，但不可能恰好在彼處，此乃因乘客之質量將變化且無法在設計時間知曉。
在過阻尼情形中，其中p 2 >mk，使參數α為實數，方程式係：
Figure 108113114-A0305-02-0018-16
在過阻尼情形中，質量在不振盪之情況下返回至靜態位置，但花費比臨界阻尼情形多之時間。
出於乘用者舒適感之目的，重要的係：座位在經歷一衝動 之後屈服，但其後來不會上下彈動太多。此意味座位之彈簧及阻尼器系統較佳地經設計以針對具有在設計時間假定之一質量之一乘用者在臨界阻尼點附近操作。重於所假定質量之乘用者將在欠阻尼模式中且彈動比所預期長之時間。輕於所假定質量之乘用者將經歷比重於所假定質量之乘用者多之阻尼。
在以上分析中，有人認為，藉由一快速衝動將質量彈簧阻尼器系統設定至運動中且其運動在一無驅動狀態(亦即，假定無外側驅動力)中繼續。在諸多真實世界情形中，質量彈簧阻尼器系統將經歷一連續外部驅動力，因此原始方程式可被設定為：
Figure 108113114-A0305-02-0019-29
F external 項表示驅動乘客質量之運動之推動車座之底部的力。雖然直接量測力將係可能的，但量測加速度將係更容易的，此可藉助一MEMS(微機電系統)加速度感測器來完成。MEMS加速度感測器係微小的、低功率的且便宜的。上文所提供之方程式可除以m以得出：
Figure 108113114-A0305-02-0019-14
其中A external 係在質量彈簧阻尼器系統下面之座位之基底所經歷的加速度。量A external 係由一加速度計量測的。量z、
Figure 108113114-A0305-02-0019-24
及
Figure 108113114-A0305-02-0019-26
可經由在質量下方放置於座位中之一感測系統量測、推斷或估計。在一實施例中，此感測系統可係一電容式感測器，且具有更多能力之感測器可用於更複雜應用及/或用於判定不同參數。在設計或校準時間知曉量p及k。此意味僅有未知量係m，因此此未知量可依據已知及所量測量來計算。計算m之確切方法將很大程度上取決於A external 之細節。計算將可能使用數值及經驗方法，此乃因對於任意加速度一閉形解可係不可能的。
亦應注意，僅給定外部加速度及其他參數，在兩個或三個維度上不受約束之一質量彈簧阻尼器「鐘擺」的運動(無論懸掛還是「倒置」，如在此情形中)可係混沌的，因此z及其導數不可直接計算-或甚至不可知。此並非一問題，此乃因量測(或至少估計)z及其導數且使用z及其導數來計算m。諸多z值可用於計算m，因此不證明特定集(及軌跡)需要用於最終計算。
圖3圖解說明本申請案之應用之一實施例。展示一座位10。座位10可位於一車輛(諸如一汽車)內。在一實施例中，座位10係諸如一機車之另一車輛之一部分。在一實施例中，座位10放置於一卡車中。在一實施例中，座位10係一遊樂設施之一部分。在一實施例中，在一飛機中使用感測器11。在一實施例中，座位10放置於運動中之一環境中。在一環境中，座位10位於振動之一環境中。
在圖3中所展示之一實施例中，座位10具有可固定至車輛之主體或以其他方式緊固至一車輛之一座位靠背12及一座位底部14。座位10具有一座位靠背12，座位靠背12具有一感測器11。在一實施例中，感測器11係一電容類型感測器。在一實施例中，感測器11係一FMT類型感測器且以與上文所論述之感測器100相同之方式起作用。在一實施例中，感測器11係一光學類型感測器。在一實施例中，感測器11係一MEMS類型感測器。
如圖3中所展示，座位10具有一座位底部14，座位底部14具有一感測器13。在一實施例中，感測器11及感測器13係相同類型之感測器。在一實施例中，感測器13可以與上文所論述之感測器100相同之方式起作用。在一實施例中，感測器13係一電容類型感測器。在一實施例 中，感測器13係一FMT類型感測器。在一實施例中，感測器13係一光學類型感測器。在一實施例中，感測器13係一MEMS類型感測器。
除感測器11及感測器13之外，加速度計15亦可放置於座位10上。加速度計15能夠提供關於座位10之運動之額外敏感度且特定而言能夠判定發生在車輛內或環境內之加速度。感測器11及感測器13可連同加速度計15來操作以便提供額外資料，該額外資料可用於提供關於位於座位10內之質量之資訊。感測器11及感測器13可偵測影響座位10之座位靠背12及座位底部14之稍微移動以及較大移動。使用上文所陳述之方法，額外移動資訊可用於細化且改良關於位於座位10內之乘用者或物件之資訊。可藉由在座位10之移動(諸如，舉例而言，振動)期間進行之量測而強化且細化由感測器11及感測器13進行之量測。
此技術之應用致使藉由使用靜態量測及在影響座位之運動(諸如，舉例而言，振動)之移動期間進行之量測兩者而量測座位乘用者之質量。此等量測亦可用於藉由使用自座位靠背12及座位底部14進行之量測而判定乘用者之質量分佈。放置於座位之部分內之感測器用於判定座位底部14及座位靠背12之哪些部分正在經歷不同壓力。舉例而言，一個乘客可使其更多質量集中於其上胸部中，且另一乘客可使其更多質量集中於其軀幹下部。在一實施例中，除座位底部14及座位靠背12之外，亦存在放置於座位10上(諸如手臂或一靠枕)之多個FMT感測器。在一實施例中，存在放置於車輛之其他位置中或環境內之感測器，該等感測器能夠偵測壓力或移動，諸如放置於車輛之底板中。
在一實施例中，所進行之量測可用於除判定一乘用者之質量以外之目的。在一實施例中，所進行之量測准許自位於環境內之一小組 可能乘用者或人當中區分車輛或環境。在一實施例中，所進行之量測准許出於安全目的而自位於環境內之一小組可能乘用者或人當中區分車輛或環境。在一實施例中，所進行之量測准許出於個性化目的而自一小組可能乘用者或人當中區分車輛或環境。在一實施例中，所進行之量測用於控制可為不同質量及質量分佈之乘用者提供最佳保護之一小安全氣囊。在一實施例中，量測用於推斷一乘用者之身體之定向以准許基於彼定向而最佳地部署一或多個安全氣囊或其他安全系統。在一實施例中，量測用於使用乘客之質量、質量分佈、乘客之定向以及當前及過去移動之知識來推斷乘用者是否繫上一安全帶及安全帶圍繞乘客之緊貼程度。
在一實施例中，量測用於判定什麼佔用座位或位於所感測環境內。在一實施例中，量測用於判定成人之存在及數量。在一實施例中，量測用於判定一成人是否在其膝蓋上攜帶一兒童或一兒童是否在一兒童座椅中。在一實施例中，量測用於判定車輛中或環境內是否存在一袋食品。在一實施例中，量測用於判定位於車輛或環境內之一電子物項(諸如一膝上型電腦、電話、桌子等)之存在。在一實施例中，所進行之量測用於判定是否觸發一安全氣囊及/或何時觸發一安全氣囊。在一實施例中，所進行之量測用於針對一特定人或物件最佳化一車輛內或一環境內之參數。
在一實施例中，所量測質量用於動態地調整彈簧參數、阻尼參數或兩者以便改良由一座位內之一車輛提供之阻尼回應以便增加乘用者之舒適感。在一實施例中，座位參數之改良與所量測或所預測道路條件、車輛設定(諸如一懸掛模式，亦即，兜風對運動對追蹤)、所量測或所預測天氣條件、個人偏好等相關以改良安全、舒適感及/或效能。
在一實施例中，量測車輛之移動，諸如轉彎、顛簸、振動、碰撞、加速度及停止。在一實施例中，量測一環境內之活動以提供關於位於環境內之物件及個體之額外資訊。
在一實施例中，量測用於調整車輛懸架及其他車輛系統以允許車輛內之不同質量分佈。在一實施例中，量測用於最佳化一車輛之燃料經濟性。在一實施例中，所量測或所推斷質量分佈及乘用者定向准許座位形變，從而跨越座位及座位靠背之各種部分調整穩固性或「伸展性」以最佳化舒適感。在一實施例中，藉由嘗試跨越乘用者身體觸碰座位之所有表面等化乘用者所感覺到之壓力而最佳化舒適感。
在一實施例中，所論述座位安裝於一車輛(諸如一汽車、機車、小輪摩托車、自行車、飛機、太空船或船艇)中。在一實施例中，座位係一輪椅或其他個人使用裝置之一部分。在一實施例中，座位不具有一規則椅子樣形式，但以一仰臥或部分斜躺方式支撐乘用者，諸如一躺椅、床、擔架、輪床或高G座位。在一實施例中，座位產生其自身之運動，諸如一遊戲椅或一模擬器機器中之一座位。在一實施例中，運動可由乘用者而非由車輛或耦合至座位之其他外部系統產生。在一實施例中，運動可由乘用者及外部系統兩者產生。
在一實施例中，移動強化感測器實施至一穿戴式裝置中，其中在身體部位及/或裝置之移動期間進行之量測能夠採取移動之特徵以便提供關於穿戴式裝置之移動之額外資訊。在一實施例中，在實施移動強化感測器之一手錶之移動期間進行之量測可用於提供關於手錶之定位之額外資訊及由穿戴式器件採集之其他資訊。在一實施例中，在一手錶之穿戴期間導致之振動用於進一步辨別在進行血流量量測期間手錶之定位。在一 實施例中，穿戴式器件放置於胸部上或接近於胸部而放置且使用胸部之移動來強化所進行之心率量測。在一實施例中，移動強化穿戴式器件放置於胸部上或接近於胸部而放置且使用胸部之移動來強化所進行之肺量測。在一實施例中，嵌入一移動強化感測器作為用於遊戲之一控制器之一部分。該移動強化感測器能夠進行量測且使用該等量測來進一步辨別手之移動及手勢以用於控制一程式。
本發明之一實施例係一種車座，其包括位於該車座之一部分內之一第一感測器，其中該第一感測器經調適以進行複數個量測，其中該複數個量測用於判定關於與其中定位有該第一感測器的該座位之該部分接觸之一乘用者或物件之資訊；且其中該第一感測器可操作地連接至一處理器，其中該處理器經調適以處理由該第一感測器進行之該複數個量測且提供關於與其中定位有該第一感測器的該座位之該部分接觸之該乘用者或物件之資訊；且其中該複數個量測包括在該車座之移動期間進行之量測，其中在該車座之移動期間進行之該等量測用於補充該複數個量測中之其他量測且改良關於與其中定位有該第一感測器的該座位之該部分接觸之該乘用者或物件之該資訊。
本發明之另一實施例係一種系統，其包括可操作地連接至經受移動之一物項之一部分之一第一感測器，其中該第一感測器經調適以進行複數個量測，其中該複數個量測用於判定關於與其中定位有該第一感測器之經受移動之該物項之該部分接觸之一乘用者或物件之資訊；且其中該第一感測器可操作地連接至一處理器，其中該處理器經調適以處理由該第一感測器進行之該複數個量測且提供關於其中定位有該第一感測器之經受移動之該物項之該部分之資訊；且其中該複數個量測包括在該物項之移 動期間進行之量測，其中在該物項之移動期間進行之該等量測用於補充該複數個量測中之其他量測且改良關於與其中定位有該第一感測器的該物項之該部分接觸之該乘用者或物件之該資訊。
上文所論述之數個實施例圖解說明用於偵測事件之各種系統，但不意欲限制申請專利範圍之範疇。熟習此項技術者鑒於本發明將明瞭其他系統之事件資料使用，且因此包含於本發明之範疇內。
雖然已參考本發明之一較佳實施例特定地展示且闡述本發明，但熟習此項技術者將理解，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下在其中做出形式及細節之各種改變。
10:座位
11:感測器
12:座位靠背
13:感測器
14:座位底部
15:加速度計

Claims (22)

  1. 一種車座，其包括：一第一感測器，其經定位於該車座之一部分內，其中該第一感測器經調適以進行複數個量測，其中該複數個量測係用於判定關於與其中經定位有該第一感測器之該座位之該部分接觸之一乘用者或物件的資訊；且其中該第一感測器經可操作地連接至一處理器，其中該處理器經調適以處理由該第一感測器進行之該複數個量測，且提供關於與其中經定位有該第一感測器的該座位之該部分接觸之該乘用者或物件的資訊；且其中該複數個量測包括在該車座之移動期間進行之量測，其中在該車座之移動期間進行之該等量測係用於補充該複數個量測中的其他量測且改良關於與其中經定位有該第一感測器之該座位之該部分接觸之該乘用者或物件的該資訊。
  2. 如請求項1之車座，其中該移動係振動移動。
  3. 如請求項1之車座，其中在該車座之移動期間進行之該等量測係藉由自在該車座之移動期間進行之該複數個量測判定之經分析振盪來處理。
  4. 如請求項1之車座，其中當該車座所位於之一物項不在運動中時，進行該等其他量測。
  5. 如請求項1之車座，其中該車座之該部分係一座位底部，其中該車座 進一步包括位於該車座之另一部分上之一第二感測器，其中該車座之該另一部分係一座位靠背。
  6. 如請求項1之車座，進一步包括經以操作方式連接至該車座之一加速度計。
  7. 如請求項1之車座，其中該第一感測器係一電容式感測器。
  8. 如請求項7之車座，其中該第一感測器包括經可操作地連接至一信號產生器之複數個第一導體及經可操作地連接至一接收器之複數個第二導體，其中該複數個第一導體中之每一者具有在其上傳輸之頻率正交信號。
  9. 如請求項1之車座，其中關於與其中定位有該第一感測器的該座位之該部分接觸之該乘用者或物件之該資訊係用於阻尼該車座之移動。
  10. 如請求項1之車座，其中關於與其中經定位有該第一感測器的該座位之該部分接觸之該乘用者或物件的該資訊係關於該乘用者或物件之一質量的資訊。
  11. 如請求項1之車座，其中該第一感測器係一加速度計。
  12. 一種系統，其包括：一第一感測器，其經可操作地連接至經受移動之一物項的一部分， 其中該第一感測器經調適以進行複數個量測，其中該複數個量測用於判定關於與其中經定位有該第一感測器之經受移動之該物項之該部分接觸之一乘用者或物件的資訊；且其中該第一感測器經可操作地連接至一處理器，其中該處理器經調適以處理由該第一感測器進行之該複數個量測，且提供關於其中經定位有該第一感測器之經受移動之該物項之該部分的資訊；且其中該複數個量測包括在該物項之移動期間進行的量測，其中在該物項之移動期間進行之該等量測係用於補充該複數個量測中的其他量測且改良關於與其中經定位有該第一感測器之該物項之該部分接觸之該乘用者或物件的該資訊。
  13. 如請求項12之系統，其中該移動係振動移動。
  14. 如請求項12之系統，其中在該物項之移動期間進行之該等量測係藉由自在該物項之移動期間進行之該複數個量測判定之經分析振盪來處理。
  15. 如請求項12之系統，其中當該物項不在運動中時，進行該等其他量測。
  16. 如請求項12之系統，其中該物項進一步包括位於該物項之另一部分上之一第二感測器。
  17. 如請求項12之系統，進一步包括經以操作方式連接至該物項之一加 速度計。
  18. 如請求項12之系統，其中該第一感測器係一電容式感測器。
  19. 如請求項18之系統，其中該第一感測器包括經可操作地連接至一信號產生器之複數個第一導體及經可操作地連接至一接收器之複數個第二導體，其中該複數個第一導體中之每一者具有在其上傳輸之頻率正交信號。
  20. 如請求項12之系統，其中關於與其中經定位有該第一感測器之該座位之該部分接觸之該乘用者或物件之該資訊係用於阻尼該物項之移動。
  21. 如請求項12之系統，其中關於與其中經定位有該第一感測器之該座位之該部分接觸之該乘用者或物件之該資訊係關於該物項之一質量的資訊。
  22. 如請求項12之系統，其中該第一感測器係一加速度計。
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