Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Größe, die charakteristisch ist für eine Masse, die auf einer Sitzfläche eines Sitzes ruht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Größe, die charakteristisch ist für eine Masse, die auf einer Sitzfläche eines Sitzes ruht, der insbesondere in einem Fahrzeug angeordnet ist.
In modernen Kraftfahrzeugen befindet sich eine zunehmende Anzahl an Insassenrückhaltemitteln, wie z.B. Frontairbags, Sei- tenairbags, Knieairbags und Vorhangairbags . Derartige Insassenrückhaltemittel sollen im Falle eines Unfalls die Fahrzeuginsassen möglichst gut schützen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Entfaltungsbereich der Insassenrückhaltemittel an die jeweils in dem Fahrzeug befindlichen Fahrzeuginsassen angepasst wird. So kann das Verletzungsrisiko im Falle eines Unfalles für Babys oder Kleinkinder geringer sein, wenn sich die Insassenrückhaltemittel nicht entfalten.
Darüber hinaus sollten Insassenrückhaltemittel im Falle eines Unfalls auch nur dort aktiviert werden, wo sich tatsächlich Insassen befinden, deren Verletzungsrisiko dadurch verringert wird. So können zusätzlich unnötig hohe Reparaturaufwendungen nach dem Unfall vermieden werden. Aus diesen Gründen ist es wichtig, zum einen die Belegung eines Sitzes des Kraftfahrzeugs mit einem Insassen zu erkennen und zum anderen auch diesen Insassen bezüglich seiner Eigenschaften zu klassifizieren, so z.B. im Hinblick auf sein Körpergewicht. In diesem Zusammenhang findet die Crash-Norm FMVSS 208 eine zunehmende Beachtung. Ihre Einhaltung wird von zahlreichen Kraftfahr-
zeugherstellern gefordert. Sie schreibt eine Klassifizierung der jeweiligen Fahrzeuginsassen nach ihrem Gewicht fest, um im Falle einer Kollision die Ansteuerung eines Insassenrückhaltemittels gegebenenfalls in geeigneter Weise an die erkannte Person anzupassen. Zum Erkennen des Gewichts eines Insassen ist es beispielsweise aus der DE 101 601 21 AI bekannt, in einer Sitzfläche des Sitzes druckempfindliche Sensorsitzmatten anzuordnen und abhängig von den Messsignalen derartiger Sensorsitzmatten das Gewicht des Insassen zu ermitteln.
Aus der US 6,087,598 ist eine Gewichtserkennungsvorrichtung bekannt zum Erfassen eines Gewichts, das auf einem Fahrzeugsitz eines Kraftfahrzeugs lastet. Dem Fahrzeugsitz sind erste bis vierte Kraftsensoren zugeordnet, die jeweils Kräfte erfassen, die auf bestimmte Bereiche der Sitzfläche des Sitzes einwirken. Die ersten bis vierten Kraftsensoren sind im be- reich einer Unterseite des Sitzpolsters unterhalb der Sitzfläche einerseits mit dem Fahrzeugsitz gekoppelt und sind andererseits gekoppelt mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs. Sie sind so angeordnet, dass sie jeweils die Kraft erfassen, die auf einen Eckbereich der Sitzfläche des Sitzes einwirkt. Abhängig von ihren Messsignalen werden im Falle eines Unfallereignisses Insassenschutzvorrichtungen, wie Airbags, Kopfair- bags, Seitenairbags oder ähnliches, angesteuert.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die ein einfaches und präzises Ermitteln einer Größe ermöglicht, die charakteristisch ist für eine Masse, die auf einer Sitzfläche eines Sitzes ruht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer Größe, die charakteristisch ist für eine Masse, die auf einer Sitzfläche eines Sitzes ruht. Ein erster Kraftsensor ist vorgesehen, der eine Kraft erfasst, die auf die Sitzfläche in dem Bereich einwirkt, der zu einer Rückenlehne des Sitzes hin gewandt ist und der einem dem Sitz zugeordneten Gurtschloss zugewandt ist. Ferner ist ein zweiter Kraftsensor vorgesehen, der eine Kraft erfasst, die auf die Sitzfläche in dem Bereich einwirkt, der zu der Rückenlehne hin gewandt ist und der dem Gurtschloss abgewandt ist. Ein dritter Kraftsensor ist vorgesehen, der eine Kraft erfasst, die auf die Sitzfläche in dem Bereich einwirkt, der von der Rückenlehne abgewandt ist und dem Gurtschloss zugewandt ist. Ein vierter Kraftsensor ist vorgesehen, der eine Kraft erfasst, die auf die Sitzfläche in dem Bereich einwirkt, der der Rückenlehne abgewandt ist und der dem Gurtschloss abgewandt ist. Ein Grundwert der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche ruht, wird ermittelt abhängig von den von den ersten bis vierten Kraftsensoren erfassten Kräften. Zumindest ein Vergleichswert wird abhängig von der erfassten Kraft des ersten Kraftsensors und der erfassten Kraft eines der weiteren Kraftsensoren ermittelt. Ein Wert der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche ruht, wird abhängig von dem Grundwert und dem zumindest einen Vergleichswert ermittelt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen Kindersitz gegebenenfalls eine hohe Zusatzkraft aufgebracht
wird, die durch das Anpressen des Kindersitzes auf den Sitz, insbesondere im Bereich seiner Sitzfläche, durch den Gurt hervorgerufen wird. Diese Zusatzkraft kann beispielsweise ca. 140 N betragen. Bleibt eine derartige Anpresskraft als solche unerkannt, so kann sie zu einer Fehlklassifizierung führen, d.h. ein Baby oder Kleinkind wird gegebenenfalls als eine sehr leichte erwachsene Person erkannt. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass das Anpressen des Kindersitzes auf die Sitzfläche zu einer stark veränderten Krafteinleitung im Be¬ reich des ersten Kraftsensors führt. Durch das Bilden des Vergleichswertes abhängig von der erfassten Kraft des ersten Kraftsensors und der erfassten Kraft eines der weiteren Kraftsensoren kann dann diese stark veränderte Krafteinleitung erkannt werden und dann die Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche ruht, entsprechend korrigiert ermittelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine vergleichswert abhängig von der Differenz der erfassten Kraft des ersten Kraftsensors und der erfassten Kraft des weiteren Kraftsensors ermittelt. Dies hat den Vor¬ teil, dass der Vergleichswert so sehr einfach ermittelt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine Vergleichswert abhängig von der erfassten Kraft des ersten Kraftsensors und der erfassten Kraft des zweiten Kraftsensors ermittelt. Der Vergleichswert hat so eine hohe Korrelation zum Vorhandensein oder Nichtvorhanden- sein des Kindersitzes und zu der Anpresskraft, die durch das Anpressen des Kindersitzes auf den Sitz durch den Gurt hervorgerufen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein weiterer Vergleichswert abhängig von der erfassten Kraft des ersten Kraftsensors und des dritten Kraftsensors ermittelt wird. Die Präzision des Ermitteins der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche ruht, kann so weiter erhöht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Wert der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche ruht, nur abhängig von dem zumindest einen Vergleichswert ermittelt, wenn erkannt ist, dass ein Gurthalter in dem Gurtschloss verriegelt wird. Dadurch wird einfach vermieden, dass bei zufällig ungünstiger Lastverteilung auf der Sitzfläche fehlerhaft auf einen Kindersitz erkannt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Wert der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche ruht, nur abhängig von dem zumindest einen Vergleichswert ermittelt, wenn der Grundwert kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert. So kann einfach bei geeigneter Wahl des ersten Schwellenwertes vermieden werden, dass eine Person, die ungünstig auf dem Sitz sitzt, fehlerhaft als ein Baby oder Kleinkind in einem Kindersitz erkannt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaf en Ausgestaltung der Erfindung wird der Einfluss des zumindest einen Vergleichswertes bei dem Ermitteln des Wertes der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche des Sitzes ruht, darauf begrenzt, dass der Wert der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche ruht, einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert nicht unterschreitet. Da-
durch kann einfach sichergestellt werden, dass der Sitz nicht fehlerhaft als unbelegt klassifiziert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Sitz (1) in einem Kraftfahrzeug,
Figur 2 einen Kraftsensor (9, 10, 11, 12) und
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln einer Größe, die charakteristisch ist für e ne Masse, die auf einer Sitzfläche (2) eines Sitzes (1) ruht .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein Sitz 1 ist in einem Fahrzeug angeordnet. Der Sitz hat eine Sitzfläche 2 und eine Rückenlehne 4. In der Sitzfläche 2 ist ein Sitzrahmen ausgebildet, der über Fuhrungselemente 5, 5a mit einer Haltevorrichtung 6 gekoppelt ist und so in dem Fahrzeug befestigt ist. Die Haltevorrichtung 6 ist bevorzugt als Führungsschiene ausgebildet, in der der Sitz 1 geführt wird und so entlang dieser Führungsschiene verschiebbar ist. So kann dann beispielsweise die Position des Sitzes (1) eingestellt werden.
Dem Sitz 1 sind ein erster bis vierter Kraftsensor 9-12 zugeordnet. Sie sind jeweils einerseits mit der Haltevorrichtung 6 (Figur 2) mittels einer Koppelvorrichtung 16 mechanisch gekoppelt. Andererseits sind die ersten bis vierten Kraftsenso-
ren 9 bis 12 über die Koppelvorrichtung 16 mit einer Blattfeder 18 gekoppelt. Die Blattfeder 18 ist einerseits mit der Koppelvorrichtung 16 gekoppelt und andererseits mit einem Gehäuseelement 20 gekoppelt. Das Gehäuseelement 20 ist an einer Bezugsvorrichtung 22 befestigt, die bevorzugt Teil eines Chassis des Fahrzeugs ist. Ferner ist dem ersten bis vierten Kraftsensor 9 - 12 ein Begrenzungselement 24 zugeordnet, das im Hinblick auf eine in Richtung des Pfeils 32 angedeutete Krafteinleitung als ein Überlastschutz in Druck- und Zugrichtung wirkt. Der Koppelvorrichtung 16 ist ein Sensorelement 26 zugeordnet, das beispielsweise induktiv oder auch kapazitiv eine Auslenkung der Blattfeder 18 erfasst und dessen Messsignal somit repräsentativ ist für die auf die Blattfeder 18 wirkende Kraft und somit die auf die Haltevorrichtung 6 wirkende Kraft.
Die Kraftsensoren 9-12 können alternativ auch direkt in dem Sitz geeignet angeordnet sein, so zum Beispiel zwischen dem Sitzrahmen und den Führungselementen 5, 5a.
Ein Gurtschloss 8 für einen Gurthalter eines dem Sitz 1 zugeordneten Gurtes ist mechanisch gekoppelt mit der Bezugsvorrichtung 22.
Die Kraftsensoren 9 bis 12 sind so angeordnet, dass jeder einzelne Kraftsensor jeweils die Kraft erfasst, die in dem Bereich je einer der Ecken der Sitzfläche 2 auf diese einwirkt. Als erster Kraftsensor 9 wird derjenige bezeichnet, der eine Kraft Fl erfasst, die auf die Sitzfläche 2 in dem Bereich einwirkt, der zu der Rückenlehne 4 des Sitzes 1 hingewandt ist und der dem Gurtschloss 8 zugewandt wird. Der zweite Kraftsensor 10 ist derjenige, der eine Kraft F2 erfasst, die auf die Sitzfläche 2 in dem Bereich einwirkt, der
zu der Ruckenlehne 4 hingewandt ist und der dem Gurtschloss 8 abgewandt ist. Der dritte Kraftsensor 11 ist derjenige, der eine Kraft F3 erfasst, die auf die Sitzflache 2 m dem Bereich einwirkt, der von der Rückenlehne 4 abgewandt ist und der dem Gurtschloss 8 zugewandt ist. Der vierte Kraftsensor ist derjenige, der eine Kraft F4 erfasst, die auf die Sitzfläche 2 in dem Bereich einwirkt, der von der Rückenlehne 2 abgewandt ist und der dem Gurtschloss 8 abgewandt ist. Die Kraftsensoren 9 - 12 können auch anders ausgebildet sein und anders angeordnet sein, solange sie die Kräfte in den jeweiligen Eckbereichen der Sitzfläche 2 erfassen.
Eine Steuereinrichtung 28 ist vorgesehen, die ausgebildet ist zum Ermitteln der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche 2 des Sitzes 1 ruht, und somit auch als Vorrichtung zum Ermitteln der Große, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche 2 des Sitzes 1 ruht, bezeichnet werden kann. Sie ist bevorzugt ferner ausgebildet zum Ermitteln eines Stellsignals für die Zündein- heit 30 eines Airbags, der dem Sitz 1 zugeordnet ist und der somit ein Insassenrückhaltemittel ist.
Ein Programm zum Ermitteln der Größe, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche des Sitzes ruht, ist in der Steuereinrichtung 28 gespeichert und wird während des Betriebs des Fahrzeugs in der Steuereinrichtung 28 abgearbeitet . Das Programm wird im folgenden anhand des Ablaufdiagramms der Figur 3 näher erläutert:
Das Programm wird in einem Schritt Sl gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Der Start erfolgt bevorzugt zeitnah zu einem Start eines Motors der Brennkraft- maschinc.
In einem Schritt S2 werden die erfasste Kraft Fl des ersten Kraftsensors 9, die erfasste Kraft F2 des zweiten Kraftsensors 10, die erfasste Kraft F3 des dritten Kraftsensors 11 und die erfasste Kraft F4 des vierten Kraftsensors 12 eingelesen.
In einem Schritt S3 wird anschließend ein Grundwert GW abhängig von den erfassten Kräften Fl bis F4 ermittelt. Der Grundwert kann beispielsweise einfach durch Addition der erfassten Kräfte Fl bis F4 ermittelt werden. Der Grundwert GW soll repräsentativ sein für das Gewicht eines Insassen des Kraftfahrzeugs, der auf dem Sitz 1 sitzt.
In einem Schritt S4 wird geprüft, ob ein Merker GU einen Wahrheitswert TRUE hat . Der Merker GU wird mit dem Wahrheitswert TRUE belegt, wenn erkannt wurde, dass der Gurthalter des Gurts in dem Gurtschloss 8 verriegelt ist. Dies kann beispielsweise mittels eines in dem Gurtschloss 8 befindlichen Schalters erfolgen, der elektrisch leitend mit der Steuereinrichtung 28 verbunden ist.
Ferner wird in dem Schritt S4 geprüft, ob der Grundwert GW größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert SWl. Der erste Schwellenwert SWl kann beispielsweise in etwa 35 kg o- der entsprechend in etwa 350 N betragen.
Sind die Bedingungen des Schrittes S4 nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S5 ein Gewicht G des Insassen, der auf dem Sitz 1 sitzt, durch Zuordnen des Grundwertes GW ermittelt. Im einfachsten Fall wird das Gewicht G des Insassen gleichgesetzt mit dem Grundwert GW.
Mittels des Gewichts G erfolgt dann eine Klassifizierung des Insassen, der auf dem Sitz 1 sitzt, die dann gegebenenfalls zur Folge hat, dass im Falle eines Unfalles des Kraftfahrzeugs die Zündeinheit 30 entweder angesteuert wird oder auch nicht angesteuert wird.
Im Anschluss an den Schritt S5 verharrt das Programm in einem Schritt S6 für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_w, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt wird. Die vorgegebene Wartzeitdauer T_W ist so gewählt, dass der Schritt S2 und die nachfolgenden Schritte ausreichend häufig während des Betriebs des Kraftfahrzeugs durchlaufen werden.
Sind die Bedingungen des Schrittes S4 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S7 ein erster Vergleichswert VI abhängig von den erfassten Kräften Fl, F2 der ersten und zweiten Kraftsensoren 9, 10 ermittelt. Dazu wird vorzugsweise die Differenz der erfassten Kraft Fl des ersten Kraftsensors 9 und der erfassten Kraft F2 des zweiten Kraftsensors 10 ermittelt. Es wird somit ein Gradient der erfassten Kräfte Fl, F2 ermittelt. Alternativ kann beispielsweise der erste Ver¬ gleichswert VI jedoch auch durch das Bilden des Verhältnisses der erfassten Kräfte Fl, F2 der ersten und zweiten Kraftsensoren 9,10 ermittelt werden.
In einem Schritt S8 wird ein erster Korrekturwert CORl abhängig von dem ersten Vergleichswert VI ermittelt . In dem dem Schritt S8 zugeordneten Block Bl ist schematisch eine mögliche Zuordnung des ersten Korrekturwertes CORl zu den jeweiligen Werten des ersten Vergleichswertes VI dargestellt. Bevorzugt hat der erste Korrekturwert CORl für einen ersten Wertebereich des ersten Vergleichswertes VI den Wert null und steigt dann linear an hin zu einem neutralen Wert, also bei-
spielsweise einem 100 %-Wert und bleibt dann im weiteren Verlauf des Wertebereichs des ersten Vergleichswerts VI bei diesem neutralen ert. Die Zuordnung kann beispielsweise einfach über ein Kennfeld oder eine entsprechende Rechenvorschrift erfolgen, die durch entsprechende Versuche an dem Fahrzeug oder durch entsprechende Simulationen vorab ermittelt wurde.
Bevorzugt wird auch ein zweiter Vergleichswert V2 anschließend in einem Schritt SlO ermittelt und zwar abhängig von der erfassten Kraft Fl des ersten Kraftsensors 9 und der erfassten Kraft F3 des dritten Kraftsensors 11. Dies erfolgt analog zu dem Schritt S7.
Anschließend wird m einem Schritt Sll ein zweiter Korrekturwert COR2 ermittelt, wobei dies beispielsweise anhand einer ZuOrdnungsvorschrift erfolgt, wie sie qualitativ anhand des Blocks B2 wiedergegeben ist. Dies erfolgt entsprechend dem Schritt S8.
In einem Schritt S12 wird ein dritter Korrekturwert COR3 ermittelt und zwar abhängig von dem Grundwert GW. Ein qualitativer Verlauf der Zuordnung des Grundwertes zu dem dritten Korrekturwert COR3 ist beispielhaft anhand des Blocks B3 wiedergegeben. Durch den dritten Korrekturwert COR3 wird berücksichtigt, dass der oder die Vergleichswerte VI, V2 ab einem vorgebbaren Grundwert nur noch eingeschränkt charakteristisch sind für das Vorhandensein oder NichtVorhandensein eines Kindersitzes auf dem Sitz 1. Ab dem ersten Schwellenwert SWl sind dann die ersten und zweiten Vergleichswerte VI, V2 nicht mehr charakteristisch für das Vorhandensein des Kindersitzes.
In einem Schritt S14 w rd anschließend das Gewicht G des Insassen auf dem Sitz Sl abhängig von dem Grundwert GW, dem
ersten Korrekturwert COR2, dem zweiten Korrekturwert COR3, dem dritten Korrekturwert COR3 und einem Anpassungswert A ermittelt. Bevorzugt werden der Grundwert GW, der erste Korrekturwert CORl, der zweite Korrekturwert COR2 und der dritte Korrekturwert COR3 und der Anpassungswert A miteinander multipliziert und von dem Grundwert GW abgezogen. Der Anpassungswert A ist bevorzugt fest vorgegeben und dient zur entsprechenden Skalierung.
Alternativ kann das Gewicht G in dem Schritt S14 auch ohne entweder den ersten oder zweiten Korrekturwert CORl, COR2 ermittelt werden. Gegebenenfalls kann das Gewicht G auch ohne den dritten Korrekturwert COR3 ermittelt werden. Alternativ kann das Gewicht auch zusätzlich oder anstatt der ersten und zweiten Korrekturwerte CORl, COR2 abhängig von einem anderen Korrekturwert ermittelt werden, der abhängig von den erfassten Kräften Fl und F4 der ersten und vierten Kraftsensoren 9, 12 ermittelt wird.
In einem Schritt S15 wird anschließend geprüft, ob der ermittelte Grundwert GW größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert SW2 und das Gewicht G kleiner ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert SW2. Der zweite Schwellenwert SW2 ist so gewählt, dass eine Klassifizierung des Sitzes 1 als unbelegt in der Steuereinrichtung 28 erfolgt, wenn das Gewicht G den zweiten Schwellenwert SW2 unterschreitet .
Wenn die Bedingung des Schrittes S15 nicht erfüllt ist, wird die Bearbeitung direkt in einem Schritt S6 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S15 hingegen erfüllt, so wird dem Gewicht ein vorgegebener Wert, bevorzugt der zweite Schwellenwert SW2 oder ein Wert leicht größer als der zweite Schwellenwert, zugeordnet. Auf diese Weise wird der Einfluss
des oder der Vergleichswerte VI, V2 beim Ermitteln des Gewichts G darauf begrenzt, dass das Gewicht G den zweiten Schwellenwert SW2 nicht unterschreitet.
Alternativ zu dem Gewicht G kann auch eine andere Größe ermittelt werden, die charakteristisch ist für die Masse, die auf der Sitzfläche 2 ruht. So kann zum Beispiel eine entsprechende Gewichtskraft ermittelt werden.