WO2012123444A1 - Belegungserkennungsvorrichtung zum erkennen einer belegung eines sitzplatzes eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Belegungserkennungsvorrichtung zum erkennen einer belegung eines sitzplatzes eines kraftfahrzeuges Download PDF

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occupancy detection
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sensor element
inductance
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Robert MIDDERHOFF
Thomas Hellerforth
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Takata AG
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Definitions

  • Occupancy detection device for detecting an occupancy of a seat of a motor vehicle
  • the invention relates to an occupancy detection device for detecting an occupancy of a seat of a motor vehicle according to claim 1.
  • Sensors occupancy sensors
  • Sensors are known from the prior art, via which it can be determined whether a seat of a motor vehicle is occupied by a vehicle occupant or not.
  • the information about the occupancy of the seat determined via the sensors is used in particular for controlling a vehicle occupant restraint system.
  • An occupancy sensor integrated in a vehicle seat is z. As described in DE 43 38 285 A1.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an occupancy detection apparatus for occupancy detection which is usable in the simplest possible way.
  • An electrical resonant circuit having a first and a second inductor and at least one sensor element
  • a first and a second connection via which a heating control can be connected to the occupation recognition device in order to be able to simultaneously operate the sensor element as heating, wherein the first and the second connection are arranged such that a direct current provided by the heating control at these connections the sensor element via the first and the second inductance is supplied.
  • the sensor element By connecting a heating control, which feeds a DC voltage into the sensor element via the first and the second connection of the occupancy detection device according to the invention, the sensor element can simultaneously be operated as a heating element.
  • the coupled from the heater control DC voltage is decoupled from the fed during operation of Beönserkennungsvornchtung in the resonant circuit AC voltage. This makes it possible to apply an alternating voltage to the resonant circuit and to determine an electrical parameter (or several electrical characteristics) of the resonant circuit, without interrupting the heating operation of the sensor element, i. without having to electrically disconnect the heater control from the occupancy detection device.
  • an input terminal of the first inductance is connected to the first terminal of the occupation detection apparatus and an input terminal of the second inductance is connected to the second terminal of the occupancy detection apparatus.
  • the heating control is thus connected to the input terminal of the first inductance and to the input terminal of the second inductance.
  • the heating control is in particular a heating ECU (Electronic Control Unit - electronic control unit), the z. B. is connected to a battery of the vehicle, which provides the coupled via the heating control in the occupancy detection device DC.
  • the sensor element has a first terminal (eg in the form of a first end) which is connected to an output terminal of the first inductor and is connected to a second terminal (eg with a second end ) is connected to an output terminal of the second inductance.
  • the occupancy detection device may have a first capacitance, which is connected to the input terminal of the first inductor, and a second capacitance, which is connected to the input terminal of the second inductance.
  • the first and the second capacitance are each connectable to the same reference potential (in particular to the vehicle ground).
  • An AC short-circuit whereby the determination of the at least one electrical characteristic of the resonant circuit and thus the determination of the occupancy of the seat is also possible if no heating control is connected to the occupancy detection device according to the invention.
  • the occupancy detection apparatus of the present invention is also usable as a mere sensor for determining occupancy of a seat, i. without heating function.
  • the AC voltage short-circuit realized via the first and the second capacitance makes it possible to determine the occupancy of the seat essentially independently of heating control tolerances and also in the event that a heating control connected to the occupancy recognition device fails or the connection between the heating control and the heating control Occupancy detection device according to the invention is interrupted or damaged.
  • the wording according to which the occupancy recognition device is designed to detect occupancy of "a seat” does not necessarily mean that the occupancy recognition device or at least the sensor element must be arranged in a vehicle seat of the motor vehicle.
  • the sensor element it is also possible for the sensor element to be arranged in or on a steering wheel of the motor vehicle For example, one integrated into the vehicle seat and another is arranged in or on the steering wheel.
  • the occupancy detection device comprises a plurality of oscillating circuits, to which in each case a respective sensor element is associated.
  • a further capacitance and a further resistance occur as additional components of the resonant circuit, so that the electrical parameter determinable by the occupancy detection device according to the invention (eg the resonant frequency of the resonant circuit , see below).
  • the electrical parameter determinable by the occupancy detection device according to the invention eg the resonant frequency of the resonant circuit , see below.
  • the sensor element is arranged in a steering wheel of the motor vehicle, a further capacitance and a further resistance are produced by touching the steering wheel by the vehicle occupant, so that the electrical parameter of the oscillating circuit measured by the occupancy detection device changes analogously to the seat-integrated sensor element.
  • An "electrical characteristic" of the resonant circuit determined by the occupancy detection device in operation is in particular a voltage tapped at one point of the resonant circuit, whereby a resonance frequency and / or resonant amplitude of the resonant circuit can be determined on the basis of this voltage an occupancy of the seat by the contact of the vehicle occupant with a seat surface of the vehicle seat and / or by the contact with the steering wheel, so that the occupancy of the seat is recognizable by the change of these sizes.
  • the sensor element has an electrically conductive structure that can be integrated into a vehicle seat or a steering wheel of the vehicle.
  • the electrically conductive structure is an electrical line (for example a wire) or an electrical conductor track arranged on a carrier element. It is conceivable that initially only the conductive structure without the other components of the occupancy detection device in the seat (or in the steering wheel) is arranged and the other components later (in particular elsewhere than the conductive structure) installed in the vehicle and with the conductive structure be electrically connected. It should be noted that the present invention is not limited to the use of an electric wire or conductor as a sensor element. It is also conceivable that z. B. a planar element is used as a sensor element.
  • the first and the second inductance are in particular formed by a first and a second coil, wherein, for example, the DC resistance of the coils is as small as possible with respect to the DC resistance of the sensor element so as not to disturb the heating function of the sensor element.
  • the DC resistance of the two coils is in each case at most one tenth or at most one hundredth of the DC current resistance of the sensor element.
  • the DC resistance of the coils is in the mOhm range, while the DC resistance of the sensor element lies in the ohm range.
  • the means for applying the oscillating circuit with an AC voltage to a voltage-controlled oscillator may comprise a sinusoidal shaper co-operating with the voltage controlled oscillator.
  • the means for determining an electrical characteristic are designed for determining the resonant frequency and / or the resonant amplitude of the electrical resonant circuit.
  • these means have a suitably designed microcontroller and / or a peak-to-peak detector
  • the electrical resonant circuit according to another embodiment of the invention comprises a capacitor connected in series with a further inductance
  • an additional resistor can be provided which is connected in series with the further inductance and the capacitance, For example, via the means for determining characteristics of the oscillating circuit, a voltage is produced at the end of the capacitance connected in series with the additional inductance certainly.
  • the invention also relates to a vehicle seat assembly for a motor vehicle having a vehicle seat and a Belegungserkennungsvornchtung invention as described above, wherein the sensor element is arranged in the vehicle seat. Furthermore, the occupancy detection apparatus may be connected to a heating controller as described above. Furthermore, the invention also relates to a steering wheel arrangement for a motor vehicle having a steering wheel and an occupancy recognition device according to the invention as described above, wherein the sensor element is arranged in or on the steering wheel. Again, the occupancy detection device according to the invention, as described above, be coupled to a heating control.
  • FIG. 1 shows an occupancy detection device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows an alternating voltage set diagram of the occupancy detection device from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows the resonance behavior of the occupancy recognition device
  • FIG. 1 A first figure.
  • the occupancy detection device 1 for detecting an occupancy of a seat of a motor vehicle, which is designed in particular in the manner of a "CIS" unit (capacitive interior sensing unit, capacitive interior sensing unit), comprises an electronic circuit with an electrical oscillating circuit 2.
  • the electrical resonant circuit 2 has a first and a second inductance L1, L2 and a series circuit with a further inductor L3, a resistor R3 and a capacitor C3.
  • the electrical oscillating circuit 2 of the occupancy recognition device 1 comprises a sensor element in the form of a tortuous electrically conductive sensor wire 3, wherein a first terminal in the form of a first end 31 of the sensor wire 3 with the first inductor L1 and a second terminal in the form of a second end 32 of the Sensor wire 3 is connected to the second inductance L2.
  • the first end 31 of the sensor wire 3 is also connected to a further capacitor C4, via which a tuning of the resonant circuit can be made (see below).
  • a change in the environment of the sensor wire and thus a occupancy of a seat can be registered via the sensor wire 3, as will be explained below.
  • the respective other terminals of the inductors L1, L2, which are not connected to the sensor wire 3, are each connected to a terminal 1 1, 12 of the occupancy recognition apparatus 1, wherein a heating control (“heating ECU") 4 via the terminals 1 1, 12 is connected to the occupancy recognition device 1.
  • a heating control heating ECU
  • the heating control 4 has contacts 41, 42, via which a direct current is provided at the terminals 11, 12, which is supplied to the sensor wire 3 via the first and the second inductors L1, L2 in such a way that the sensor wire 3 can be operated not only as a sensor element but also as a heating element
  • the input terminals of the first and the second inductance L1, L2 connected to the terminals 11, 12 are in each case connected to further capacitances C1 and C2, respectively wherein the capacitances C1, C2 are each connected to their connections to the vehicle ground (or other reference not connected to the inductors) potential) are connected.
  • the contact 41 of the heating control 4 is connected to a battery, for example, via a switch 43 (eg in the form of a "high-side switch", ie a switch which is connected to a potential which is more positive than the other contact of the heating control 4) , which provides a voltage ("Ubat") connected.
  • the second contact 42 of the heater controller 4 may, for. B. also via a switch (eg in the form of a "low-side switch”) with another potential, in particular the vehicle mass 45, be connected.
  • the occupancy detection apparatus 1 further comprises means 5 for applying an alternating voltage to the oscillating circuit 2, wherein the DC voltage supplied by the heating means 4 is decoupled from the AC voltage fed by the means 5 via the inductors L1, L2. Furthermore, the occupancy recognition device 1 comprises means 6 for determining an electrical parameter in the resonant circuit, which in particular comprise a microcontroller 61 and a peak-to-peak detector 62.
  • the circuit of the occupancy detection apparatus 1 is also shown in the equivalent circuit diagram of FIG.
  • the means for applying the vibration Circuit 2 with an AC voltage a function generator G, which is composed of a voltage controlled oscillator 51 and a sinusoidal former 52 (Fig. 1) and which has a first terminal with the series circuit of inductance L3, resistor R3 and capacitance C3 and with a second terminal a Referenzpotenti- al (in particular the vehicle mass) is connected.
  • the inductances L1 and L2 are likewise connected to the vehicle ground, this connection taking place in particular via the capacitances C1 and C2 shown in FIG.
  • an alternating voltage U1 is fed with a frequency f in the resonant circuit 2 and measured at the output of the series circuit of inductance L3, resistor R3 and capacitance C3, an electrical characteristic in the form of a voltage U2.
  • the voltage U2 depends on the frequency f of the injected voltage U1, wherein the voltage U2 has its greatest value at the resonant frequency fx of the resonant circuit 2.
  • this resonant frequency fx depends on the electrical quantities of the components of the resonant circuit 2, i. H. of the two inductors L1, L2 and the series-connected components inductance L3, resistor R3 and capacitance C3 and the capacitance C4.
  • the resonant circuit 2 After installation of the occupancy detection device according to the invention in a vehicle and occupying a seat, which is assigned to the occupancy detection device, the resonant circuit 2 undergoes a change in that an additional capacitance Cx and an additional resistor Rx occur in the region of the sensor wire 3.
  • the measured in the resonant circuit voltage U2 varies depending on whether the seat is occupied or not, and also depending on the type of occupancy (eg, depending on the size of occupying the seat occupant).
  • the resonance frequency determined via U2 that is, the frequency at which the voltage U2 has a maximum
  • the resonance amplitude ie, the magnitude or the peak-to-peak value of the voltage U2 change.
  • the capacitances C1, C2 and the resistance of the sensor wire 3 in the equivalent circuit diagram of FIG. 2 have been neglected, since their (reactive) resistance values are small compared to the frequency f of the applied voltage and the quantities Cx and Rx.
  • the sensor wire 3 can be integrated into the seat surface of a vehicle seat, wherein, when occupying the vehicle seat by a vehicle occupant, the capacity Cx (occupancy capacity) and the resistance Rx (occupancy resistance) are used as additional components of the resonant circuit arise.
  • the resonant frequency of the resonant circuit is inversely proportional to Cx.
  • the magnitude of the voltage U2 (i.e., the resonant amplitude) at the resonant frequency is proportional to the additional resistance Rx.
  • the additional capacitance Cx and the additional resistance Rx are produced, so that the procedure for occupancy detection described above can be used analogously.
  • the capacitance Cx changes as a function of whether the vehicle occupant touches the steering wheel or not, so that a touch of the steering wheel and thus an occupancy of the seat on the determination of the resonant frequency (or via a determination of the change in the resonant frequency) of the resonant circuit can be determined is.
  • the occupancy detection is explained below by way of example for a seat-integrated sensor wire 3 with reference to FIG.
  • This figure shows a measurement of the voltage U2 (y-axis) over the frequency (x-axis), wherein the input voltage U1 has been varied over a predetermined frequency range.
  • the measurement curve A relates to the situation that a child seat is arranged on the vehicle seat, wherein the voltage U2 reaches a maximum at a frequency f A (the resonant frequency of the resonant circuit).
  • the curve B refers to the case where a man occupies the vehicle seat as a vehicle occupant, and the man generates a larger capacity Cx than the child seat.
  • the resonant frequency f B of the resonant circuit is smaller than in the case of the child seat, so that (in particular after calibration of the occupancy detection device) based on the location of the resonant frequency occupancy classification can be done, ie not only can be decided whether occupancy of the seat takes place is, but also what type of occupancy exists.
  • the curves A 'and B' each refer to a wet state of the vehicle seat, which causes a smaller resistance Rx and thus in each case a larger resonance amplitude (maximum amplitude of the voltage U2) or quality of the resonant circuit. Consequently For example, using both the resonant frequency and the resonant amplitude, a refined occupancy classification can be made.
  • the position of the resonant frequency of the resonant circuit can be adjusted in particular via the capacitance C4, so that the frequency range in which the resonant frequency is a function of the capacitance Cx and Rx can be preset via the choice of the capacitance C4.
  • the maximum resonance amplitude can be preset by designing the inductance L3, the capacitance C3 and / or the resistance R3.
  • the generation of the alternating voltage takes place, as already mentioned above, via the VCO 51 and the sinusoidal former 52, so that an alternating voltage in the form of a sinusoidal voltage with constant amplitude is fed into the oscillating circuit 2 whose frequency can be varied by means of the VCO.
  • An occupancy classification is carried out in particular on the basis of the resonance frequency and the peak-to-peak voltage (the voltage U2) measured at the resonance frequency.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeugs, mit - einem elektrischen Schwingkreis (2), der eine erste und eine zweite Induktivität (L1, L2) sowie mindestens ein Sensorelement (3) aufweist; - Mitteln zum Beaufschlagen des Schwingkreises (2) mit einer Wechselspannung; - Mitteln (6) zum Bestimmen mindestens einer elektrischen Kenngröße (U2) im Schwingkreis (2), wobei der elektrische Schwingkreis (2) durch eine Veränderung der Umgebung des Sensorelementes (3) eine Veränderung erfährt, so dass anhand der bestimmten elektrischen Kenngröße (U2) eine Belegung des Sitzplatzes erkannt werden kann; und - einem ersten und einem zweiten Anschluss (11, 12), über den eine Heizungssteuerung (4) mit der Belegungserkennungsvorrichtung (1) verbunden werden kann, um das Sensorelement (3) gleichzeitig als Heizung betreiben zu können, wobei der erste und der zweite Anschluss (11, 12) so angeordnet sind, dass ein von der Heizungssteuerung (4) an diesen Anschlüssen (11, 12) bereitgestellter Gleichstrom dem Sensorelement (3) über die erste und die zweite Induktivität (L1, L2) zugeführt wird.

Description

Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeuges
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeuges gemäß Anspruch 1 . Aus dem Stand der Technik sind Sensoren (Belegungssensoren) bekannt, über die ermittelbar ist, ob ein Sitzplatz eines Kraftfahrzeugs durch einen Fahrzeuginsassen belegt ist oder nicht. Die über die Sensoren bestimmte Information über die Belegung des Sitzplatzes wird insbesondere zur Steuerung eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems verwendet. Ein in einen Fahrzeugsitz integrierter Belegungssensor ist z. B. in der DE 43 38 285 A1 beschrieben.
Das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Belegungserkennungsvorrichtung zur Belegungserkennung zu schaffen, die auf möglichst einfache Weise verwendbar ist.
Dieses Problem wird durch die Belegungserkennungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Danach wird eine Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt, mit
- einem elektrischen Schwingkreis, der eine erste und eine zweite Induktivität sowie mindestens ein Sensorelement aufweist;
- Mitteln zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung; - Mitteln zum Bestimmen mindestens einer elektrischen Kenngröße im Schwingkreis, wobei der elektrische Schwingkreis durch eine Veränderung der Umgebung des Sensorelementes eine Veränderung erfährt, so dass anhand der bestimmten elektrischen Kenngröße eine Belegung des Sitzplatzes erkannt werden kann; und
- einem ersten und einem zweiten Anschluss, über den eine Heizungssteuerung mit der Belegungserkennungsvornchtung verbunden werden kann, um das Sensorelement gleichzeitig als Heizung betreiben zu können, wobei der erste und der zweite Anschluss so angeordnet sind, dass ein von der Heizungssteuerung an diesen Anschlüssen bereitgestellter Gleichstrom dem Sensorelement über die erste und die zweite Induktivität zugeführt wird.
Durch Anschließen einer Heizungssteuerung, die über den ersten und den zweiten Anschluss der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvornchtung eine Gleichspannung in das Sensorelement einspeist, kann das Sensorelement gleichzeitig als Heizelement betrieben werden. Dadurch, dass die Einspeisung der Gleichspannung in das Sensorelement über die erste und die zweite Induktivität erfolgt, wird die von der Heizungssteuerung eingekoppelten Gleichspannung von der bei Betrieb der Belegungserkennungsvornchtung in den Schwingkreis eingespeisten Wechselspannung abgekoppelt. Hierdurch ist es möglich, den Schwingkreis mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen und eine elektrische Kenngröße (oder mehrere elektrische Kenngrößen) des Schwingkreises zu bestimmen, ohne den Heizbetrieb des Sensorelementes unterbrechen, d.h. ohne die Heizungssteuerung galvanisch von der Belegungserkennungsvornchtung trennen zu müssen. Beispielsweise ist ein Eingangsanschluss der ersten Induktivität mit dem ersten Anschluss der Belegungserkennungsvornchtung und ein Eingangsanschluss der zweiten Induktivität mit dem zweiten Anschluss der Belegungserkennungsvorrichtung verbunden. Nach Verbinden einer Heizungssteuerung mit dem ersten und dem zweiten Anschluss der Belegungserkennungsvorrichtung ist die Heizungssteuerung somit mit dem Ein- gangsanschluss der ersten Induktivität bzw. mit dem Eingangsanschluss der zweiten Induktivität verbunden.
Die Heizungssteuerung ist insbesondere eine Heizungs-ECU (Electronic Control Unit - elektronische Steuereinheit), die z. B. mit einer Batterie des Fahrzeugs verbunden ist, die den über die Heizungssteuerung in die Belegungserkennungsvorrichtung einkoppelbaren Gleichstrom bereitstellt. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Sensorelement einen ersten Anschluss (z. B. in Form eines ersten Endes) auf, der mit einem Ausgangsanschluss der ersten Induktivität verbunden ist, und ist mit einem zweiten Anschluss (z. B. mit einem zweiten Ende) mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Induktivität verbunden.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung eine erste Kapazität aufweisen, die mit dem Eingangsanschluss der ersten Induktivität verbunden ist, und eine zweite Kapazität, die mit dem Eingangsanschluss der zweiten Induktivität verbunden ist. Insbesondere sind die erste und die zweite Kapazität jeweils mit demsel- ben Referenzpotential (insbesondere mit der Fahrzeugmasse) verbindbar. Durch die erste und die zweite Kapazität (und deren Anschluss an die Fahrzeugmasse bzw. ein anderes gemeinsames Potential) entsteht zwischen der ersten und der zweiten Induktivität eine für höhere Frequenzen leitfähige Verbindung, d. h. ein Wechselspannungskurz- schluss, wodurch die Bestimmung der mindestens einen elektrischen Kenngröße des Schwingkreises und damit die Bestimmung der Belegung des Sitzplatzes auch dann möglich ist, wenn keine Heizungssteuerung mit der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung verbunden ist. Somit ist die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung auch als bloßer Sensor zum Bestimmen einer Belegung eines Sitzplatzes verwendbar, d.h. ohne Heizfunktion.
Darüber hinaus ermöglicht der über die erste und die zweite Kapazität realisierte Wech- selspannungskurzschluss eine Bestimmung der Belegung des Sitzplatzes im Wesentlichen unabhängig von Toleranzen der Heizungssteuerung und auch für den Fall, dass eine mit der Belegungserkennungsvorrichtung verbundene Heizungssteuerung ausfällt oder die Verbindung zwischen der Heizungssteuerung und der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung unterbrochen oder beschädigt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Formulierung, wonach die Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung„eines Sitzplatzes" ausgebildet ist, nicht unbe- dingt bedeutet, dass die Belegungserkennungsvorrichtung oder zumindest das Sensorelement in einem Fahrzeugsitz des Kraftfahrzeuges angeordnet sein muss. Dies ist zwar denkbar, wobei insbesondere das Sensorelement in einer Sitzfläche und/oder einer Rückenlehne des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Sensorelement in oder an einem Lenkrad des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Natürlich ist es auch möglich, dass mehrere Sensorelement vorgesehen sind, von denen z.B. eines in den Fahrzeugsitz integriert und ein anderes im oder am Lenkrad angeordnet ist. Beispielsweise umfasst die Belegungserkennungsvorrichtung mehrere Schwingkreise, denen insbesondere jeweils ein Sensorelement zugeordnet ist.
Im Falle eines in einem Fahrzeugsitz angeordneten Sensorelements treten bei einer Be- legung des Sitzes durch einen Fahrzeuginsassen eine weitere Kapazität und ein weiterer Widerstand als zusätzliche Komponenten des Schwingkreises auf, so dass sich die von der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung bestimmbare elektrische Kenngröße (z.B. die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, s.u.) verändert. Über diese Veränderung der elektrischen Kenngröße kann eine Belegung des Fahrzeugsitzes er- kannt werden.
Falls das Sensorelement in einem Lenkrad des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, entsteht durch eine Berührung des Lenkrades durch den Fahrzeuginsassen ebenfalls eine weitere Kapazität und ein weiterer Widerstand, so dass sich analog zum sitzintegrierten Sen- sorelement die von der Belegungserkennungsvorrichtung gemessene elektrische Kenngröße des Schwingkreises verändert.
Eine über die Belegungserkennungsvorrichtung im Betrieb bestimmte„elektrische Kenngröße" des Schwingkreises ist insbesondere eine an einer Stelle des Schwingkreises abgegriffene Spannung, wobei anhand dieser Spannung z.B. eine Resonanzfrequenz und/oder Resonanzamplitude des Schwingkreises ermittelt werden kann. Die Resonanzfrequenz bzw. die Resonanzamplitude verändern sich bei einer Belegung des Sitzplatzes durch den Kontakt des Fahrzeuginsassen mit einer Sitzfläche des Fahrzeugsitzes und/oder durch den Kontakt zum Lenkrad, so dass die Belegung des Sitzplatzes anhand der Veränderung dieser Größen erkennbar ist.
Beispielsweise weist das Sensorelement eine elektrisch leitfähige Struktur auf, die in einen Fahrzeugsitz oder ein Lenkrad des Fahrzeugs integrierbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der elektrisch leitfähigen Struktur um eine elektrische Leitung (z.B. einen Draht) oder eine auf einem Trägerelement angeordnete elektrische Leiterbahn. Denkbar ist, dass zunächst nur die leitfähige Struktur ohne die übrigen Komponenten der Belegungserkennungsvorrichtung in den Sitz (oder in das Lenkrad) angeordnet wird und die übrigen Komponenten erst nachträglich (insbesondere an anderer Stelle als die leitfähigen Struktur) im Fahrzeug eingebaut und mit der leitfähigen Struktur elektrisch verbun- den werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung einer elektrischen Leitung oder Leiterbahn als Sensorelement beschränkt ist. Es ist vielmehr auch denkbar, dass z. B. ein flächiges Element als Sensorelement verwendet wird. Die erste und die zweite Induktivität sind insbesondere durch eine erste und eine zweite Spule ausgebildet, wobei z.B. der Gleichstromwiderstand der Spulen möglichst klein gegenüber dem Gleichstromwiderstand des Sensorelementes ist, um die Heizfunktion des Sensorelementes nicht zu stören. Beispielsweise beträgt der Gleichstromwiderstand der beiden Spulen jeweils höchstens ein Zehntel oder höchstens ein Hundertstel des Gleich- Stromwiderstands des Sensorelementes. Insbesondere liegt der Gleichstromwiderstand der Spulen jeweils im mOhm - Bereich, während der Gleichstromwiderstand des Sensorelementes im Ohm - Bereich liegt.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung einen spannungsgesteuerten Oszillator auf, d. h. einen„VCO" (Voltage Controlled Oscillator). Darüber hinaus können die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung eine mit dem spannungsgesteuerten Oszillator zusammenwirkenden Sinusformer („sine shaper") umfassen. Des Weiteren ist denkbar, dass die Mittel zum Bestimmen einer elektrischen Kenn- große zum Bestimmen der Resonanzfrequenz und/oder der Resonanzamplitude des elektrischen Schwingkreises ausgebildet sind. Beispielsweise weisen diese Mittel einen entsprechend ausgestalteten MikroController und/oder einen Spitze-zu-Spitze-Detektor („peak to peak detector") auf. Der elektrische Schwingkreis umfasst gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung eine mit einer weiteren Induktivität in Reihe geschaltete Kapazität. Des Weiteren kann auch ein zusätzlicher Widerstand vorgesehen sein, der mit der weiteren Induktivität und der Kapazität in Reihe geschaltet ist. Beispielsweise wird über die Mittel zum Bestimmen von Eigenschaften des Schwingkreises eine Spannung am Ende der aus der mit der zu- sätzlichen Induktivität in Reihe geschalteten Kapazität bestimmt.
Die Erfindung betrifft auch eine Fahrzeugsitzanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugsitz und einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvornchtung, wobei das Sensorelement in dem Fahrzeugsitz angeordnet ist. Des Weiteren kann die Belegungserkennungsvornchtung, wie oben beschrieben, mit einer Heizungssteuerung verbunden sein. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Lenkradanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad und einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Belegungser- kennungsvorrichtung, wobei das Sensorelement in oder an dem Lenkrad angeordnet ist. Auch hier kann die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung, wie oben be- schrieben, mit einer Heizungssteuerung gekoppelt sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Belegungserkennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 ein Wechselspannungssatzschaltbild der Belegungserkennungsvorrichtung aus Figur 1 ; und
Figur 3 das Resonanzverhalten der Belegungserkennungsvorrichtung aus
Figur 1 .
Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung 1 zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeugs, die insbesondere nach Art einer„CIS"-Einheit (Capacitive Interieur Sensing - Einheit, kapazitive Innensensie- rungseinheit) ausgebildet ist, umfasst eine elektronische Schaltung mit einem elektrischen Schwingkreis 2. Der elektrische Schwingkreis 2 weist eine erste und eine zweite Induktivität L1 , L2 sowie eine Reihenschaltung mit einer weiteren Induktivität L3, einem Widerstand R3 und einer Kapazität C3 auf.
Des Weiteren umfasst der elektrische Schwingkreis 2 der Belegungserkennungsvorrichtung 1 ein Sensorelement in Form eines gewundenen elektrisch leitfähigen Sensordrahtes 3, wobei ein erster Anschluss in Form eines ersten Endes 31 des Sensordrahtes 3 mit der ersten Induktivität L1 und ein zweiter Anschluss in Form eines zweiten Endes 32 des Sensordrahtes 3 mit der zweiten Induktivität L2 verbunden ist. Das erste Ende 31 des Sensordrahtes 3 ist zudem mit einer weiteren Kapazität C4 verbunden, über die eine Abstimmung des Schwingkreises vorgenommen werden kann (s.u.). Über den Sensordraht 3 kann eine Veränderung der Umgebung des Sensordrahtes und damit eine Bele- gung eines Sitzplatzes registriert werden, wie weiter unten erläutert wird. Die jeweils anderen Anschlüsse der Induktivitäten L1 , L2, die nicht mit dem Sensordraht 3 verbunden sind, sind jeweils mit einem Anschluss 1 1 , 12 der Belegungserkennungsvorrichtung 1 verbunden, wobei eine Heizungssteuerung („Heizungs-ECU") 4 über die Anschlüsse 1 1 , 12 an die Belegungserkennungsvorrichtung 1 angeschlossen ist. Die Hei- zungssteuerung 4 weist Kontakte 41 , 42 auf, über die an den Anschlüssen 1 1 , 12 ein Gleichstrom bereitgestellt wird, der über die erste und die zweite Induktivität L1 , L2 dem Sensordraht 3 zugeführt wird, so dass der Sensordraht 3 nicht nur als Sensorelement, sondern auch als Heizelement betrieben werden kann. Die mit den Anschlüssen 1 1 , 12 verbunden Eingangsanschlüsse der ersten und der zweiten Induktivität L1 , L2 sind zudem jeweils mit weiteren Kapazitäten C1 bzw. C2 verbunden, wobei die Kapazitäten C1 , C2 jeweils mit ihrem nicht mit den Induktivitäten verbunden Anschlüssen mit der Fahrzeugmasse (oder einem anderen Referenzpotential) verbunden sind. Über die Kapazitäten C1 , C2 entsteht ein Wechselspannungskurzschluss zwischen den Induktivitäten L1 , L2, so dass der Sensordraht 3 auch bei einem Defekt der Heizungssteuerung 4 oder Abtrennen der Heizungssteuerung 4 von der Belegungserkennungsvorrichtung 1 mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden kann, d.h. eine Belegungserkennung über den Sensordraht auch in diesen Fällen möglich ist. Der Kontakt 41 der Heizungssteuerung 4 ist beispielsweise über einen Schalter 43 (z. B. in Form eines„High-Side-Switches", d.h. eines Schalters, der mit einem gegenüber dem anderen Kontakt der Heizungssteuerung 4 positiveren Potential verbunden ist) mit einer Batterie, die eine Spannung („Ubat") bereitstellt, verbunden. Der zweite Kontakt 42 der Heizungssteuerung 4 kann z. B. ebenfalls über einen Schalter (z.B. in Form eines„Low- Side-Switches") mit einem anderen Potential, insbesondere der Fahrzeugmasse 45, verbunden sein.
Die erfindungsgemäße Belegungserkennungsvorrichtung 1 weist des Weiteren Mittel 5 zum Beaufschlagen des Schwingkreises 2 mit einer Wechselspannung auf, wobei über die Induktivitäten L1 , L2 ein Abkoppeln der von der Heizungssteuerung 4 eingespeisten Gleichspannung von der von den Mitteln 5 eingespeisten Wechselspannung erfolgt. Des Weiteren umfasst die Belegungserkennungsvorrichtung 1 Mittel 6 zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße im Schwingkreis, die insbesondere einen MikroController 61 und einen Spitze-zu-Spitze-Detektor 62 umfassen.
Die Schaltung der Belegungserkennungsvorrichtung 1 ist auch in dem Ersatzschaltbild der Figur 2 dargestellt. Hiernach umfassen die Mittel zum Beaufschlagen des Schwing- kreises 2 mit einer Wechselspannung einen Funktionsgenerator G, der sich aus einem spannungsgesteuerten Oszillator 51 und einem Sinusformer 52 (Fig. 1 ) zusammensetzt und der über einen ersten Anschluss mit der Reihenschaltung aus Induktivität L3, Widerstand R3 und Kapazität C3 und mit einem zweiten Anschluss mit einem Referenzpotenti- al (insbesondere der Fahrzeugmasse) verbunden ist. Die Induktivitäten L1 und L2 sind ebenfalls mit der Fahrzeugmasse verbunden, wobei diese Verbindung insbesondere über die in Fig. 1 dargestellten Kapazitäten C1 bzw. C2 erfolgt.
Über den Funktionsgenerator G wird eine Wechselspannung U1 mit einer Frequenz f in den Schwingkreis 2 eingespeist und am Ausgang der Reihenschaltung aus Induktivität L3, Widerstand R3 und Kapazität C3 eine elektrische Kenngröße in Form einer Spannung U2 gemessen. Die Spannung U2 hängt von der Frequenz f der eingespeisten Spannung U1 ab, wobei die Spannung U2 ihren größten Wert bei der Resonanzfrequenz fx des Schwingkreises 2 aufweist. Diese Resonanzfrequenz fx hängt natürlich von den elektrischen Größen der Komponenten des Schwingkreises 2 ab, d. h. von den beiden Induktivitäten L1 , L2 sowie den in Reihe geschalteten Komponenten Induktivität L3, Widerstand R3 und Kapazität C3 sowie der Kapazität C4.
Nach Einbau der erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung in ein Fahrzeug und bei Belegung eines Sitzplatzes, dem die Belegungserkennungsvorrichtung zugeordnet ist, erfährt der Schwingkreis 2 eine Veränderung dadurch, dass im Bereich des Sensordrahtes 3 eine zusätzliche Kapazität Cx und ein zusätzlicher Widerstand Rx auftreten. Somit verändert sich die im Schwingkreis gemessene Spannung U2 in Abhängigkeit davon, ob der Sitzplatz belegt ist oder nicht, und auch abhängig von der Art der Belegung (z.B. abhängig von der Größe des den Sitzplatz belegenden Fahrzeuginsassen). Entsprechend verändert sich die über U2 bestimmte Resonanzfrequenz (d.h. die Frequenz, bei der die Spannung U2 ein Maximum aufweist) und die Resonanzamplitude (d.h. der Betrag bzw. der Spitze-zu-Spitze-Wert der Spannung U2). Es wird darauf hingewiesen, dass die Kapazitäten C1 , C2 sowie der Widerstand des Sensordrahtes 3 im Ersatzschaltbild der Fig. 2 vernachlässigt wurden, da ihre (Blind-) Widerstandswerte gegenüber der Frequenz f der eingespeisten Spannung und der Größen Cx und Rx klein sind. Beispielsweise kann der Sensordraht 3 in die Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes integriert sein, wobei bei Belegung des Fahrzeugsitzes durch einen Fahrzeuginsassen die Kapazität Cx (Belegungskapazität) und der Widerstand Rx (Belegungswiderstand) als zusätzli- che Komponenten des Schwingkreises entstehen. Bei Belegung des Fahrzeugsitzes wird somit eine gegenüber dem Nichtbelegungsfall veränderte Resonanzfrequenz und eine veränderte Resonanzamplitude gemessen, so dass durch Bestimmen der Frequenz, bei der die Spannung U2 ihr Maximum aufweist, ermittelt werden kann, ob der Fahrzeugsitz belegt ist oder nicht. Insbesondere ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises umgekehrt proportional zu Cx.
Der Betrag der Spannung U2 (d.h. die Resonanzamplitude) bei der Resonanzfrequenz ist hingegen proportional zum zusätzlichen Widerstand Rx.
Auch bei Anordnung des Sensordrahtes 3 in oder an einem Lenkrad des Fahrzeuges entsteht die zusätzliche Kapazität Cx und der zusätzliche Widerstand Rx, so dass das oben beschriebene Vorgehen zur Belegungserkennung analog anwendbar ist. Insbesondere verändert sich die Kapazität Cx in Abhängigkeit davon, ob der Fahrzeuginsasse das Lenkrad berührt oder nicht, so dass eine Berührung des Lenkrades und damit eine Belegung des Sitzplatzes über die Bestimmung der Resonanzfrequenz (bzw. über eine Bestimmung der Veränderung der Resonanzfrequenz) des Schwingkreises ermittelbar ist.
Die Belegungserkennung wird im Folgenden beispielhaft für einen sitzintegrierten Sen- sordraht 3 anhand der Figur 3 erläutert. Diese Figur zeigt eine Messung der Spannung U2 (y-Achse) über der Frequenz (x-Achse), wobei die Eingangsspannung U1 über einen vorgegebenen Frequenzbereich variiert wurde.
Die Messkurve A bezieht sich auf die Situation, dass ein Kindersitz auf dem Fahrzeugsitz angeordnet ist, wobei die Spannung U2 bei einer Frequenz fA (der Resonanzfrequenz des Schwingkreises) ein Maximum erreicht. Die Kurve B bezieht sich hingegen auf den Fall, dass ein Mann als Fahrzeuginsasse den Fahrzeugsitz belegt, wobei der Mann eine größere Kapazität Cx als der Kindersitz erzeugt. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz fB des Schwingkreises kleiner als im Fall des Kindersitzes, so dass (insbesondere nach einer Kalibrierung der Belegungserkennungsvorrichtung) anhand der Lage der Resonanzfrequenz eine Belegungsklassifizierung erfolgen kann, d.h. nicht nur entschieden werden kann, ob eine Belegung des Sitzplatzes erfolgt ist, sondern auch, welche Art von Belegung vorliegt. Die Kurven A' und B' beziehen sich jeweils auf einen feuchten Zustand des Fahrzeugsitzes, der einen kleineren Widerstand Rx und somit jeweils eine größere Resonanzamplitude (Maximalamplitude der Spannung U2) oder Güte des Schwingkreises bewirkt. Somit kann bei Heranziehen sowohl der Resonanzfrequenz als auch der Resonanzamplitude eine verfeinerte Belegungsklassifizierung erfolgen.
Die Lage der Resonanzfrequenz des Schwingkreises lässt sich insbesondere über die Kapazität C4 einstellen, so dass der Frequenzbereich, in dem die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Kapazität Cx und Rx liegt, über die Wahl der Kapazität C4 voreinstellbar ist. Die maximale Resonanzamplitude lässt sich durch Auslegung der Induktivität L3, der Kapazität C3 und/oder des Widerstandes R3 voreinstellen. Die Erzeugung der Wechselspannung erfolgt, wie oben bereits erwähnt, über den VCO 51 und den Sinusformer 52, so dass eine Wechselspannung in Form einer Sinusspannung mit konstanter Amplitude in den Schwingkreis 2 eingespeist wird, deren Frequenz mittels des VCO variierbar ist. Das Auffinden und Messen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises erfolgt über den MikroController 61 , während die Amplitude der Span- nung U2 frequenzabhängig mit dem Spitze-zu-Spitze-Detektor 62 bestimmt wird. Eine Belegungsklassifizierung erfolgt insbesondere anhand der Resonanzfrequenz und der bei der Resonanzfrequenz gemessenen Spitze-zu-Spitze-Spannung (der Spannung U2).
Bezugszeichenliste
1 Belegungserkennungsvornchtung
2 Schwingkreis
3 Sensordraht
4 Heizungssteuerung
5 Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung
6 Mittel zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße
1 1 erster Anschluss
12 zweiter Anschluss
31 erstes Ende
32 zweites Ende
41 erster Kontakt
42 zweiter Kontakt
43 erster Schalter
44 zweiter Schalter
45 Fahrzeugmasse
51 VCO
52 Sinusformer
61 MikroController
62 Spitze-zu-Spitze-Detektor
L1 erste Induktivität
L2 zweite Induktivität
L3 weitere Induktivität
C1 -C4 Kapazität
R3 Widerstand

Claims

Patentansprüche
1 . Belegungserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Belegung eines Sitzplatzes eines Kraftfahrzeugs, mit
- einem elektrischen Schwingkreis (2), der eine erste und eine zweite Induktivität (L1 , L2) sowie mindestens ein Sensorelement (3) aufweist;
- Mitteln zum Beaufschlagen des Schwingkreises (2) mit einer Wechselspannung;
- Mitteln (6) zum Bestimmen mindestens einer elektrischen Kenngröße (U2) im Schwingkreis (2), wobei der elektrische Schwingkreis (2) durch eine Veränderung der Umgebung des Sensorelementes (3) eine Veränderung erfährt, so dass anhand der bestimmten elektrischen Kenngröße (U2) eine Belegung des Sitzplatzes erkannt werden kann; und
- einem ersten und einem zweiten Anschluss (1 1 , 12), über den eine Heizungssteuerung (4) mit der Belegungserkennungsvorrichtung (1 ) verbunden werden kann, um das Sensorelement (3) gleichzeitig als Heizung betreiben zu können, wobei der erste und der zweite Anschluss (1 1 , 12) so angeordnet sind, dass ein von der Heizungssteuerung (4) an diesen Anschlüssen (1 1 , 12) bereitgestellter Gleichstrom dem Sensorelement (3) über die erste und die zweite Induktivität (L1 , L2) zugeführt wird.
2. Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangsanschluss der ersten Induktivität (L1 ) mit dem ersten Anschluss (1 1 ) und ein Eingangsanschluss der zweiten Induktivität (L2) mit dem zweiten Anschluss (12) verbunden ist.
3. Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) einen ersten Anschluss (31 ) aufweist, der mit einem Ausgangsanschluss der ersten Induktivität (L1 ) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss (32), der mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Induktivität (L2) verbunden ist.
4. Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine erste Kapazität (C1 ), die mit dem Eingangsanschluss der ersten Induktivität (L1 ) verbunden ist, und eine zweite Kapazität (C2), die mit dem Eingangsanschluss der zweiten Induktivität (L2) verbunden ist.
5. Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kapazität (C1 , C2) jeweils einen ersten Anschluss aufweisen, der mit der ersten bzw. der zweiten Induktivität (L1 , L2) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem Referenzpotential verbindbar ist.
6. Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) eine elektrisch leitfähige Struktur aufweist, die in einen Fahrzeugsitz und/oder ein Lenkrad des Fahrzeugs integrierbar ist.
7. Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweite Induktivität (L1 , L2) durch eine erste und eine zweite Spule gebildet sind.
8. Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromwiderstand der beiden Spulen jeweils höchstens ein Zehntel oder höchstens ein Hundertstel des Gleichstromwiderstands des Sensorelementes
(3) beträgt.
9. Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schwingkreis (2) eine mit einer weite- ren Induktivität (L3) in Reihe geschaltete Kapazität (C3) aufweist.
10. Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung einen spannungsgesteuerten Oszillator (51 ) aufweist.
1 1 . Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beaufschlagen des Schwingkreises mit einer Wechselspannung einen mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (51 ) zusammenwirkenden Sinusformer (52) aufweisen.
12. Belegungserkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße (U2) zum Bestimmen der Resonanzfrequenz und/oder der Resonanzamplitude des elektrischen Schwingkreises (2) ausgebildet sind.
13. Belegungserkennungsvornchtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zum Bestimmen einer elektrischen Kenngröße (U2) einen Spitze- zu-Spitze-Detektor (62) aufweisen, mit dem eine Spannung im Schwingkreis bestimmt wird.
14. Fahrzeugsitzanordnung für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch einen Fahrzeugsitz und einer Belegungserkennungsvorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (3) in dem Fahrzeugsitz angeordnet ist.
15. Lenkradanordnung für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Lenkrad und einer Belegungserkennungsvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Sensorelement (3) in oder an dem Lenkrad angeordnet ist.
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