WO2017025602A1 - Annäherungssensor und verfahren zum erkennen einer annäherung an ein fahrzeuginnenverkleidungsteil eines fahrzeugs - Google Patents

Annäherungssensor und verfahren zum erkennen einer annäherung an ein fahrzeuginnenverkleidungsteil eines fahrzeugs Download PDF

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WO2017025602A1
WO2017025602A1 PCT/EP2016/069146 EP2016069146W WO2017025602A1 WO 2017025602 A1 WO2017025602 A1 WO 2017025602A1 EP 2016069146 W EP2016069146 W EP 2016069146W WO 2017025602 A1 WO2017025602 A1 WO 2017025602A1
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WO
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electromagnetic waves
vehicle
ratio
proximity sensor
difference
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/069146
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Wernicke
Original Assignee
Digades Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/04—Systems determining presence of a target

Definitions

  • the present invention relates to a proximity sensor and a method for detecting an approach to a vehicle interior trim part of a vehicle.
  • Proximity sensors are often based on the principle of capacitive sensorics.
  • a capacitive detuning of an arrangement of wires is used, which form a capacitive field around one or more electrodes.
  • the change is detected and generates a trigger signal.
  • a change in the capacitance of the sensor can also be determined by further methods, which are known as measuring methods for electrical capacitances.
  • proximity sensors which, as described in DE 42 28 888 AI, based on an inductive measuring principle or perform an approach detection via ultrasound or infrared measurements.
  • a seat occupancy can also be detected by a pressure sensor.
  • the present invention is therefore based on the object to propose a proximity sensor and a method for detecting an approximation, which avoid the disadvantages mentioned, with which therefore an approach or a seat occupancy can be detected with high reliability and a simple measuring arrangement.
  • An approach sensor for a vehicle includes a transmission circuit for emitting electromagnetic waves arranged in or on a vehicle interior trim panel to be examined of the vehicle, and a measurement circuit for detecting an object reflected light reflected in or on the vehicle interior trim panel, typically a seat of the vehicle or scattered portion of the electromagnetic waves.
  • an evaluation and control unit is provided, which is designed to determine a ratio and / or a difference between an energy of the emitted electromagnetic waves and an energy of the reflected or scattered portion of the electromagnetic waves and with a predetermined value of the ratio or Compare difference and generate a warning signal if the determined ratio is outside a specified range by the predetermined value of the ratio or the difference is greater than a predetermined value.
  • the proximity sensor which is typically used in a motor vehicle such as an automobile, a truck, a motorcycle or a quad, can reliably conclude, by emitting and receiving electromagnetic waves, whether objects on the vehicle interior trim part to be examined, preferably the seat, are arranged or not. This is possible because it is possible to deduce from the difference or the ratio of emitted to received electromagnetic radiation to a rejection or a scattering at an approximated object in the vicinity of the seat. Since the detection of the reflection or scattering takes place only when the object is located at a sufficiently small distance from the vehicle interior trim part to be examined, an approach or a seat occupancy can be deduced. Thus, if the proximity sensor is used in the seat of the vehicle, there is a seat occupancy sensor or seat proximity sensor.
  • the evaluation and control unit is advantageously carried out both a control of the transmission circuit for emitting the electromagnetic waves and a control of the measuring circuit, which scans, which proportion of the emitted waves can still be detected.
  • the evaluation and control unit assumes the evaluation and processing of the received
  • This warning signal may be an acoustic signal, such as a warning tone, or optical signal, such.
  • a warning tone such as a warning tone
  • optical signal such as a warning tone
  • the lighting of a warning light in / on the dashboard of the vehicle be. But it can also be an electrical one
  • the ratio should be understood as meaning a value of the quotient which is obtained from the energy of the electromagnetic waves emitted and the energy of the reflected or scattered component of the electromagnetic wave.
  • a power of the electromagnetic waves or an intensity can also be used.
  • the transmitting circuit and the measuring circuit may, but need not be, disposed on an identical component.
  • the transmitting circuit and the measuring circuit can be mounted on a single board or be arranged plate, preferably as an integrated circuit.
  • the two circuits are typically arranged in the vehicle interior trim part or seat to be examined, in order to enable a space-saving arrangement with reliable detection, but can also be provided in an environment of the vehicle interior trim part or seat to be examined on a vehicle interior trim part or seat The seat adjacent position, such as a steering wheel to be arranged.
  • the transmitting circuit is arranged to pulse the electromagnetic waves, i. each to emit only over a defined constant period. Preferably, this period is between 100 ms and 200 ms.
  • the measuring circuit is set up to also detect the reflected or scattered portion of the electromagnetic waves within this period of time. This allows for efficient yet reliable proximity detection.
  • the transmitting circuit is adapted to emit the electromagnetic waves having a frequency in the high frequency range between 9 kHz and 300 GHz, preferably between 15 kHz and 100 GHz, particularly preferably between 50 kHz and 1 GHz.
  • frequencies are used in a license-free range, for example the ISM band (Industrial, Scientific and Medical Band), ie in a preferred manner 868 MHz as frequency.
  • ISM band International, Scientific and Medical Band
  • 868 MHz 868 MHz as frequency.
  • the transmission circuit may include a signal generator for generating the electromagnetic waves and a directional coupler.
  • the transmitting circuit and the measuring circuit are both connected to a single coil and connected via the directional coupler.
  • the directional coupler By means of the directional coupler, the energy of the emitted electromagnetic wave and / or also the energy of the scattered or reflected portion of the electromagnetic wave, preferably directly at the coil, can advantageously be determined. be telt.
  • the evaluation and control unit may be configured to frequency-selectively and / or amplitude-selectively evaluate the received electromagnetic waves.
  • the electromagnetic waves have already been frequency-modulated or amplitude-modulated by the transmission circuit.
  • a phase modulation is possible.
  • the phase modulation is used, since in this case a data transmission is more robust against interference.
  • the modulation can be used as an information signal.
  • the signal to be detected via a receiver unit preferably in the form of a key, can be detected on the vehicle interior paneling part to be examined for approaching when the modulated signal impinges. This can in turn generate a response in the form of a modulated signal. An association of the approaching object with the vehicle interior trim part to be examined can thus be established.
  • the measuring circuit has a rectifier, in particular a detector for the electromagnetic waves, at least one frequency filter and / or at least one measuring amplifier.
  • the measuring amplifier which is preferably operated with a gain factor between 100 and 1000, particularly preferably between 500 and 1000, as well as the frequency filter, a high sensitivity can be achieved.
  • both the transmitting circuit and the measuring circuit and the evaluation and control unit as well as possibly existing further electrical or electronic assemblies are supplied with electrical energy by a central power supply device, for example a battery.
  • a method for detecting a seat occupancy of a vehicle comprises a step in which a vehicle in or on a vehicle to be examined vehicle interior trim part, typically a seat of the vehicle, arranged transmitting circuit electromagnetic waves are emitted.
  • a portion of the electromagnetic waves reflected or scattered on an object is detected by a measuring circuit arranged in or on the vehicle interior trim part of the vehicle to be examined.
  • a ratio and / or a difference between an energy of the emitted electromagnetic waves and an energy of the reflected or scattered portion of the electromagnetic waves is determined by an evaluation and control unit and compared with a predetermined value of the ratio or difference and emitted a warning signal, if the determined ratio is outside a predetermined range by the predetermined value of the ratio or a predetermined value for the difference has been exceeded.
  • the electromagnetic waves are emitted with an amplitude between 100 mV and 500 mV, typically on a 50 ohm antenna, and preferably have an amplitude change of between 10 ⁇ to 500 ⁇ in order to obtain a sufficient signal strength.
  • the electromagnetic waves may be amplitude modulated or frequency modulated and / or pulsed emitted by the transmit circuit, the pulses having an equal and constant duration.
  • the method described is typically carried out with the device described or the device described is suitable for carrying out the described method.
  • Figure 1 is a schematic side view of a vehicle seat with it befindlichem person.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a proximity sensor and
  • FIG. 3 in a figure 2 corresponding view of another embodiment of the proximity sensor.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a vehicle seat 1 of an automobile with a person thereon 5.
  • a transmission circuit 2 is arranged, which is wired via a cable 19 or wirelessly controlled by an evaluation and control unit 4 and an electromagnetic Wave 6 emitted at a frequency of 868 MHz.
  • the emission is pulsed with a pulse duration of 150 ms.
  • the electromagnetic wave 6 is partially reflected on the person 5, which is in direct, ie direct, direct contact with the vehicle seat 1, and the reflected portion 7 of the electromagnetic wave is detected by a measuring circuit 3.
  • a sampling by the measuring circuit 3 is also made in the illustrated embodiment.
  • the measuring circuit 3 and the transmitting circuit 2 are electrically connected to each other via a cable 18. Via a cable 20, the measuring circuit 3 is in electrical contact with the evaluation and control unit 4 and can forward a detected signal to this unit for further evaluation.
  • the transmitting circuit 2, the measuring circuit 3 and the evaluation and control unit 4 are connected in the illustrated embodiment in each case via an electrical cable with a battery 17, which is also arranged in the vehicle seat 1 and supplies said units with electrical energy.
  • the transmitting circuit 2, the measuring circuit 3 and the evaluation and control unit 4 can each be embodied as a single microcontroller, but it is also possible for all the assemblies to be combined in a single microcontroller.
  • the transmitting circuit 2 and / or the measuring circuit 3 may also not be mounted in the vehicle seat 1, that is not in an interior of the vehicle seat 1 as in FIG. 1, but on an outer side of the vehicle seat 1 or on another component in FIG a vehicle interior, which is located in the vicinity of the vehicle seat 1, for example a steering wheel. In the vicinity of the vehicle seat 1 should hereby located on all components whose distance from the vehicle seat 1 is less than 1 meter.
  • Both the transmitting circuit 2 and the measuring circuit 3 can not only be present in a single component, or, in other exemplary embodiments, can also be distributed over a plurality of subassemblies in or on the vehicle seat 1.
  • the evaluation and control unit 4 calculates a ratio and / or a difference between an energy of the emitted electromagnetic waves 6 and an energy of the reflected or scattered portion 7 of the electromagnetic waves.
  • the determined difference or the determined ratio is compared with a predetermined value and, if the deviation from the evaluation and control unit 4 is too great, a warning signal is generated and output.
  • This warning signal may be an audible or visual signal, but it may also be an electrical signal which is transmitted to a higher-level monitoring system and output on a display of the vehicle or transmitted by radio to a receiving station.
  • a transmission energy of the electromagnetic wave 6 is kept sufficiently small, so that no disturbance of adjacent electronic components occurs.
  • the energy here is typically less than 25 mW.
  • Figure 2 shows a schematic diagram of a circuit diagram of a proximity sensor under a coupling of the measuring circuit 3 to the signal generator 8 via a directional coupler 16. Recurring features are provided in this as well as in the following figure with identical reference numerals.
  • the described invention is based on a detection of a propagation distribution of electromagnetic waves.
  • a signal generator 8 the electromagnetic wave 6 is generated and passed through a directional coupler 16 to a coil 15, through which the electromagnetic wave 6 is emitted.
  • the directional coupler 6 serves to measure the energy, power or intensity of the emitted electromagnetic wave 6.
  • one or more wires which are preferably stretched flat, may also be used.
  • the signal generator 8 can emit the electromagnetic wave 6 both frequency-modulated as well as amplitude-modulated or phase-modulated.
  • the modulation allows increased resistance to errors and noise and thus increases the sensitivity. Accordingly, an evaluation can also be carried out both frequency-selective and amplitude-selective and / or phase-selective.
  • the difference between a state "seat occupied" and a state "seat not occupied” is in the described embodiment by a different signal amplitude of the modulated reflected signal, ie the modulated reflected portion 7 clearly recognizable.
  • the modulation can be used as an information signal.
  • a recognition of the signal via a receiver unit preferably in the form of a key, can be made on the person 5 or another object that is to be detected by the described proximity sensor and / or a corresponding method when the modulated signal strikes. This can in turn generate a response in the form of a modulated signal.
  • an association of the approaching person 5 can be made to the vehicle seat 1.
  • the reflected portion 7 of the electromagnetic wave is received by a receiving antenna or, as shown in Figure 2, removed by the directional coupler 16 at the transmitting circuit 2 and passed through a rectifier 10 and a frequency filter 12, which is designed as a bandpass to a measuring amplifier 11 ,
  • the measuring amplifier 11 operates in the illustrated embodiment with a gain of 500 in order to achieve a high sensitivity of the arrangement shown.
  • the measuring amplifier 11 via a digital-to-analog converter (DA converter) 13, the received signal to the evaluation and control unit 4. This is also connected to the signal generator 8 in connection and performs the described evaluation.
  • the measuring circuit 3 thus consists in the illustrated embodiment of the receiving antenna 16, the rectifier 10, the frequency filter 12 and the measuring amplifier 11 in order to achieve a sufficiently high sensitivity.
  • assemblies for detecting electromagnetic radiation in the radio-frequency range can also be used directly.
  • the measuring circuit 3 can also be executed frequency-selective with additional filters and an edge modulation or with a window discriminator (mixing stage).
  • the signal to be measured ie the electromagnetic wave 6, has a signal strength of 50 mV to 500 mV with an amplitude change of about 10 ⁇ to 500 ⁇ .
  • the input voltage range is shifted at the measuring amplifier 11 with an offset in the vicinity of the voltage to be measured, d. H. up to a distance of, for example, 5 mV. Due to this shift, the measuring amplifier 11 is not overdriven.
  • the offset is set to 95 mV.
  • the evaluation and control unit 4 is also, as already described, the ratio between emitted and reflected energy continuously monitored and generated in a change the warning signal in the form of a trigger signal.
  • the system shown in FIGS. 1 and 2 can be taught according to the behavior of the change, depending on the application, and a deviation can be made. It can be used as the trigger signal.
  • the sensor system can be initially trained at each start or changing operating conditions on the current operating conditions or once on the system conditions, such as the installation location. Teaching involves setting the offset values for the sense amplifier and other parameters such as threshold and fall times of the sensor signal values.
  • FIG. 3 another embodiment of the proximity sensor is shown in a representation corresponding to FIG. 2, in which, however, instead of the directional coupler 16, a second receiving antenna 9 in the form of another one
  • the measuring circuit thus consists in the illustrated embodiments either of the receiving antenna 9 or the direct coupling to the transmitting coil 15 via the directional coupler 16, as well as the already described rectifier 10 frequency filter 12 and the measuring amplifier 11th

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Annäherungssensor und ein Verfahren zum Erkennen einer Annäherung an ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil eines Fahrzeugs. Der Annäherungssensor weist einen in oder an einem auf eine Annäherung zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil (1) des Fahrzeugs angeordneten Sendeschaltkreis (2) zum Emittieren elektromagnetischer Wellen (6) und einen in oder an dem Sitz (1) angeordneten Messschaltkreis (3) zum Detektieren eines an einem Objekt (5) reflektierten oder gestreuten Anteils (7) der elektromagnetischen Wellen auf. Außerdem ist eine Auswerte- und Steuereinheit (4) vorhanden, die ausgebildet ist, ein Verhältnis oder eine Differenz zwischen einer Energie der emittierten elektromagnetischen Wellen (6) und einer Energie des reflektierten oder gestreuten Anteils (7) der elektromagnetischen Wellen zu ermitteln und mit einem vorgegebenen Wert des Verhältnisses oder der Differenz zu vergleichen, sowie ein Warnsignal zu generieren, falls das ermittelte Verhältnis außerhalb eines festgelegten Bereichs um den vorgegebenen Wert des Verhältnisses liegt oder die Differenz größer als ein festgelegter Wert ist.

Description

Annäherungssensor und Verfahren zum Erkennen
einer Annäherung an ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Annäherungssensor und ein Verfahren zum Erkennen einer Annäherung an ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil eines Fahrzeugs.
Annäherungssensoren beruhen häufig auf dem Prinzip der kapazitiven Senso- rik. Dabei wird eine kapazitive Verstimmung einer Anordnung aus Drähten genutzt, die ein kapazitives Feld um eine oder mehrere Elektroden ausbilden. Bei Annäherung werden die elektrischen Eigenschaften eines derartigen kapazitiven Sensors verändert. Über eine elektrische Abtastschaltung, bestehend aus einer Ansteuerung, vorzugsweise einem Funktionsgenerator, und einer Auswerteeinheit wird die Änderung erfasst und ein Triggersignal erzeugt. Eine Änderung der Kapazität des Sensors kann auch über weitere Verfahren, die als Messverfahren für elektrische Kapazitäten bekannt sind, ermittelt werden. Es existieren ferner Annährungssensoren, die, wie in DE 42 28 888 AI beschrieben, auf einem induktiven Messprinzip beruhen oder eine Annäherungserkennung über Ultraschall oder Infrarotmessungen durchführen.
Schließlich kann eine Sitzbelegung auch über einen Drucksensor erfasst werden.
Nachteilig an den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch, dass die Messung oftmals nur ungenau bzw. unzuverlässig erfolgen kann oder einen großen apparativen Aufwand erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Annäherungssensor und ein Verfahren zum Erkennen einer Annäherung vorzuschlagen, die die genannten Nachteile vermeiden, mit denen also mit hoher Zuverlässigkeit und einer einfachen Messanordnung eine Annäherung bzw. eine Sitzbelegung erfasst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sitzbelegungssensor nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Annäherungssensor für ein Fahrzeug weist einen in oder an einem auf eine Annäherung zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil des Fahrzeugs angeordneten Sendeschaltkreis zum Emittieren elektromagnetischer Wellen und einen in oder an dem zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil, typischerweise einem Sitz des Fahrzeugs, angeordneten Messschaltkreis zum Detektieren eines an einem Objekt reflektierten oder gestreuten Anteils der elektromagnetischen Wellen auf. Außerdem ist eine Auswerte- und Steuereinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, ein Verhältnis und bzw. oder eine Differenz zwischen einer Energie der emittierten elektromagnetischen Wellen und einer Energie des reflektierten oder gestreuten Anteils der elektromagnetischen Wellen zu ermitteln und mit einem vorgegebenen Wert des Verhältnisses oder der Differenz zu vergleichen sowie ein Warnsignal zu generieren, falls das ermittelte Verhältnis außerhalb eines festgelegten Bereichs um den vorgegebenen Wert des Verhältnisses liegt oder die Differenz größer als ein festgelegter Wert ist. Der Annäherungssensor, der typischerweise in einem Kraftfahrzeug wie einem Automobil, einem Lastkraftwagen, einem Motorrad oder einem Quad zum Einsatz kommt, kann durch das Emittieren und Empfangen elektromagneti- scher Wellen zuverlässig darauf schließen, ob Objekte auf dem zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil, vorzugsweise dem Sitz, angeordnet sind oder nicht. Dies gelingt, da aus der Differenz bzw. dem Verhältnis von ausgesandter zu empfangener elektromagnetischer Strahlung auf eine Rejektion oder eine Streuung an einem angenäherten Objekt in der Nähe des Sitzes geschlossen werden kann. Da die Detektion der Reflektion oder Streuung nur stattfindet, wenn das Objekt sich in einem ausreichend kleinen Abstand zu dem zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil befindet, kann auf eine Annäherung oder eine Sitzbelegung geschlossen werden. Sofern der Annäherungssensor in dem Sitz des Fahrzeugs verwendet wird, liegt also ein Sitzbelegungssensor oder Sitzannäherungssensor vor. Durch die Auswerte- und Steuereinheit erfolgt in vorteilhafter Weise sowohl eine Ansteuerung des Sendeschaltkreises zum Emittieren der elektromagnetischen Wellen als auch eine Ansteuerung des Messschaltkreises, der abtastet, welcher Anteil der emittierten Wellen noch detektiert werden kann. Zudem übernimmt die Aus- werte- und Steuereinheit die Auswertung und Verarbeitung des empfangenen
Signals und gibt ein Warnsignal aus, falls die Annäherung oder die Sitzbelegung von einem einem jeweiligen Fahrzeugzustand zugeordneten Wert abweicht. Dieses Warnsignal kann ein akustisches Signal, wie beispielsweise ein Warnton, oder optisches Signal, wie z. B. das Aufleuchten einer Warnleuchte im/am Armaturenbrett des Fahrzeugs, sein. Es kann aber auch ein elektrisches
Signal sein und auf einem Display des Fahrzeugs ausgegeben wird oder per Funk an eine Empfangsstation übermittelt wird. Unter dem Verhältnis soll im Rahmen dieser Anmeldung ein Wert des Quotienten verstanden werden, der aus der Energie der emittierten elektromagnetischen Wellen und der Energie des reflektierten oder gestreuten Anteils der elektromagnetischen Welle gewonnen werden. Statt der Energie kann natürlich auch eine Leistung der elektromagnetischen Wellen oder eine Intensität verwendet werden.
Der Sendeschaltkreis und der Messschaltkreis können, müssen aber nicht an einem identischen Bauteil angeordnet sein. Insbesondere können der Sendeschaltkreis und der Messschaltkreis auf einer einzelnen Platine bzw. Leiter- platte angeordnet sein, vorzugsweise als integrierter Schaltkreis. Außerdem sind die beiden Schaltkreise typischerweise in dem zu untersuchenden Fahr- zeuginnenverkleidungsteil bzw. in dem Sitz angeordnet, um eine platzsparende Anordnung bei zuverlässiger Erkennung zu ermöglichen, können aber auch in einem Umfeld des zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteils bzw. des Sitzes an einer dem untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil bzw. dem Sitz benachbarten Position wie zum Beispiel einem Lenkrad angeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der Sendeschaltkreis eingerichtet ist, die elektromagnetischen Wellen gepulst, d.h. jeweils nur über einen definierten konstanten Zeitraum zu emittieren. Vorzugsweise beträgt dieser Zeitraum zwischen 100 ms und 200 ms. Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Messschaltkreis eingerichtet ist, innerhalb dieses Zeitraums den reflektierten oder gestreuten Anteil der elektromagnetischen Wellen auch zu detektieren. Dies ermöglicht eine effiziente und dennoch zuverlässige Annäherungserkennung.
Typischerweise ist der Sendeschaltkreis dazu eingerichtet, die elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz im Hochfrequenzbereich zwischen 9 kHz und 300 GHz, vorzugsweise zwischen 15 kHz und 100 GHz, besonders vorzugsweise zwischen 50 kHz und 1 GHz zu emittieren. In besonders vorteilhafter Weise werden Frequenzen in einem lizenzfreien Bereich, beispielsweise dem ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band), verwendet, also in bevorzugter Weise 868 MHz als Frequenz. Diese Frequenzen im Radiobereich des elektromagnetischen Spektrums erlauben es, eine Annäherung eines Objekts an das zu untersuchende Fahrzeuginnenverkleidungsteil bzw. den Sitz, beispielsweise eines Fahrzeuginsassens, zuverlässig zu erkennen und gleichzeitig nicht durch Störsignale die Detektion zu verschlechtern.
Der Sendeschaltkreis kann einen Signalgenerator zum Erzeugen der elektromagnetischen Wellen und einen Richtkoppler aufweisen. Vorzugsweise sind der Sendeschaltkreis und der Messschaltkreis beide an einer einzigen Spule angeschlossen und über den Richtkoppler verbunden. Durch den Richtkoppler kann in vorteilhafter Weise die Energie der emittierten elektromagnetischen Welle und bzw. oder auch die Energie des gestreuten bzw. reflektierten Anteils der elektromagnetischen Welle, vorzugsweise direkt an der Spule, ermit- telt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet sein, die empfangenen elektromagnetischen Wellen frequenzselektiv und bzw. oder amplitudenselektiv auszuwerten. In besonders bevorzugter Weise sind die elektromagnetischen Wellen hierbei von dem Sendeschaltkreis bereits frequenzmoduliert oder amplitudenmoduliert emittiert worden. Außerdem ist auch eine Phasenmodulation möglich. Bevorzugt wird die Phasenmodulation verwendet, da hierbei eine Datenübertragung robuster gegenüber Störungen ist.
Außerdem kann die Modulation als Informationssignal benutzt werden. Dazu kann an dem hinsichtlich der Annäherung zu untersuchenden Fahrzeuginnen- verkleidungsteil beim Auftreffen des modulierten Signals eine Erkennung des Signals über eine Empfängereinheit, vorzugsweise in Form eines Schlüssels, vorgenommen werden. Dieser kann dann wiederum eine Rückantwort in Form eines modulierten Signals erzeugen. Damit kann eine Zuordnung des sich nähernden Objekts zu dem zu untersuchenden Fahrzeuginnenverklei- dungsteil hergestellt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Messschaltkreis einen Gleichrichter, insbesondere einen Detektor für die elektromagnetischen Wellen, mindestens einen Frequenzfilter und bzw. oder mindestens einen Messverstärker aufweist. Durch den Messverstärker, der vorzugsweise mit einem Verstärkungsfaktor zwischen 100 und 1000, besonders vorzugsweise zwischen 500 und 1000, betrieben wird, sowie das Frequenzfilter kann eine hohe Sensitivität erreicht werden.
Typischerweise werden sowohl der Sendeschaltkreis als auch der Messschaltkreis und die Auswerte- und Steuereinheit sowie gegebenenfalls vorhandene weitere elektrische oder elektronische Baugruppen durch eine zentrale Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise eine Batterie, mit elektrischer Energie versorgt.
Ein Verfahren zum Erkennen einer Sitzbelegung eines Fahrzeugs weist einen Schritt auf, in dem durch einen in oder an einem zu untersuchenden Fahr- zeuginnenverkleidungsteil, typischerweise einem Sitz des Fahrzeugs, angeordneten Sendeschaltkreis elektromagnetische Wellen emittiert werden. Außerdem wird durch einen in oder an dem zu untersuchenden Fahrzeuginnen- verkleidungsteil des Fahrzeugs angeordneten Messschaltkreis ein an einem Objekt reflektierter oder gestreuter Anteil der elektromagnetischen Wellen detektiert. Zudem wird durch eine Auswerte- und Steuereinheit ein Verhältnis und bzw. oder eine Differenz zwischen einer Energie der emittierten elektromagnetischen Wellen und einer Energie des reflektierten oder gestreuten Anteils der elektromagnetischen Wellen ermittelt und mit einem vorgegebenen Wert des Verhältnisses oder Differenz verglichen sowie ein Warnsignal ausgesandt, falls das ermittelte Verhältnis außerhalb eines festgelegten Bereichs um den vorgegebenen Wert des Verhältnisses liegt oder ein festgelegter Wert für die Differenz überschritten worden ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die elektromagnetischen Wellen mit einer Amplitude zwischen 100 mV und 500 mV, typischerweise an einer Antenne mit 50 Ohm, emittiert werden und vorzugsweise eine Amplitudenänderung von zwischen 10 μν bis 500 μν aufweisen, um eine ausreichende Signalstärke zu erhalten.
Die elektromagnetischen Wellen können durch den Sendeschaltkreis amplitudenmoduliert oder frequenzmoduliert und bzw. oder gepulst emittiert werden, wobei die Pulse eine gleiche und konstante Zeitdauer haben.
Das beschriebene Verfahren wird typischerweise mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt bzw. die beschriebene Vorrichtung ist zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens geeignet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische seitliche Darstellung eines Fahrzeugsitzes mit darauf befindlicher Person; Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Annäherungssensors und
Fig. 3 in einer Figur 2 entsprechenden Ansicht eine weitere Ausführungsform des Annäherungssensors.
Figur 1 zeigt in einer schematischen seitlichen Darstellung einen Fahrzeugsitz 1 eines Automobils mit einer darauf befindlichen Person 5. In dem Fahrzeugsitz 1 ist ein Sendeschaltkreis 2 angeordnet, der kabelgebunden über ein Kabel 19 oder kabellos von einer Auswerte- und Steuereinheit 4 angesteuert wird und eine elektromagnetische Welle 6 mit einer Frequenz von 868 MHz emittiert. Die Emission erfolgt gepulst mit einer Pulsdauer von 150 ms. Die elektromagnetische Welle 6 wird teilweise an der Person 5, die sich in unmittelbarem berührendem, also direkten Kontakt mit dem Fahrzeugsitz 1 befindet, reflektiert und der reflektierte Anteil 7 der elektromagnetischen Welle von einem Messschaltkreis 3 detektiert. In der Zeit, in der die elektromagnetische Welle 6 emittiert wird, wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch eine Abtastung durch den Messschaltkreis 3 vorgenommen. Alternativ sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Messschaltkreis 3 und der Sendeschaltkreis 2 über ein Kabel 18 miteinander elektrisch verbunden. Über ein Kabel 20 steht der Messschaltkreis 3 mit der Auswerte- und Steuereinheit 4 in elektrischem Kontakt und kann ein detektiertes Signal zur weiteren Auswertung an diese Einheit weiterleiten. Der Sendeschaltkreis 2, der Messschaltkreis 3 und die Auswerte- und Steuereinheit 4 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils über ein elektrisches Kabel mit einer Batterie 17 verbunden, die ebenfalls in dem Fahrzeugsitz 1 angeordnet ist und die genannten Einheiten mit elektrischer Energie versorgt. Der Sendeschaltkreis 2, der Messschaltkreis 3 und die Auswerte- und Steuereinheit 4 können jeweils als ein einzelner Mikrocontroller ausgeführt sein, es können aber auch alle Baugruppen in einem einzigen Mikrocontroller kombiniert vorliegen.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Sendeschaltkreis 2 und bzw. oder der Messschaltkreis 3 auch nicht in dem Fahrzeugsitz 1, also nicht in einem Inneren des Fahrzeugsitzes 1 wie in Figur 1, angebracht sein, sondern auf einer Außenseite des Fahrzeugsitzes 1 oder an einem anderen Bauteil in einem Fahrzeuginnenraum, das sich in der Nähe des Fahrzeugsitzes 1 befindet, beispielsweise einem Lenkrad. In der Nähe des Fahrzeugsitzes 1 sollen sich hier- bei alle Bauteile befinden, deren Abstand zu dem Fahrzeugsitz 1 weniger als 1 Meter beträgt. Sowohl der Sendeschaltkreis 2 als auch der Messschaltkreis 3 können nicht nur in einem einzelnen Bauteil präsent sein, oder in weiteren Ausführungsbeispielen auch flächig verteilt in mehreren Baugruppen in oder an dem Fahrzeugsitz 1 angeordnet sein.
Die Auswerte- und Steuereinheit 4 berechnet ein Verhältnis und bzw. oder eine Differenz zwischen einer Energie der emittierten elektromagnetischen Wellen 6 und einer Energie des reflektierten bzw. gestreuten Anteils 7 der elektromagnetischen Wellen. Die ermittelte Differenz bzw. das ermittelte Verhältnis wird mit einem vorgegebenen Wert verglichen und bei einer zu großen Abweichung von der Auswerte- und Steuereinheit 4 ein Warnsignal generiert und ausgegeben. Dieses Warnsignal kann ein akustisches oder optisches Signal sein, es kann aber auch ein elektrisches Signal sein, das an ein übergeordnetes Überwachungssystem übermittelt wird und auf einem Display des Fahrzeugs ausgegeben wird oder per Funk an eine Empfangsstation übermittelt wird.
Eine Sendeenergie der elektromagnetischen Welle 6 ist hierbei ausreichend klein gehalten, so dass keine Störung benachbarter elektronischer Komponenten auftritt. Die Energie beträgt hierbei typischerweise weniger als 25 mW.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Schaltplan eines Annäherungssensors unter einer Ankopplung des Messschaltkreises 3 an den Signalgenerator 8 über einen Richtkoppler 16. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser wie auch in der folgenden Figur mit identischen Bezugszeichen versehen. Die beschriebene Erfindung beruht auf einer Erkennung einer Ausbreitungsverteilung elektromagnetischer Wellen. Durch einen Signalgenerator 8 wird die elektromagnetische Welle 6 generiert und durch einen Richtkoppler 16 zu einer Spule 15 geführt, durch die die elektromagnetische Welle 6 emittiert wird. Der Signalgenerator 8, der Richtkoppler 16 und die Spule 15 sind dabei Teile Sendeschaltkreises 2. Der Richtkopplerl6 dient dazu, die Energie, Leistung oder Intensität der emittierten elektromagnetischen Welle 6 zu messen. Tritt nun eine Veränderung der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle 6 durch ein Eintreten in den Emissionsbereich oder ein Annähern der Person 5 oder eines anderen Objekts auf, so wird ein größerer oder kleinerer Teil der Energie an den Signalgenerator 8 zurückgegeben und durchläuft typischerweise ebenfalls den Richtkoppler 16. Statt der Spule 15 können in weiteren Ausführungsbeispielen auch ein oder mehrere Drähte, die vorzugsweise flächig aufgespannt sind, benutzt werden.
Der Signalgenerator 8 kann die elektromagnetische Welle 6 sowohl frequenzmoduliert als auch amplitudenmoduliert oder phasenmoduliert emittieren. Die Modulation erlaubt eine erhöhte Resistenz gegenüber Fehlern und Störsignalen und erhöht somit die Sensitivität. Dementsprechend kann auch eine Auswertung sowohl frequenzselektiv als auch amplitudenselektiv und bzw. oder phasenselektiv erfolgen. Der Unterschied zwischen einem Zustand „Sitz belegt" und einem Zustand„Sitz nicht belegt" ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine unterschiedliche Signalamplitude des modulierten reflektierten Signals, also des modulierten reflektierten Anteils 7 eindeutig erkennbar.
Außerdem kann die Modulation als Informationssignal benutzt werden. Dazu kann an der Person 5 oder einem anderen Objekt, dass durch den beschriebenen Annäherungssensor und bzw. oder ein entsprechendes Verfahren erkannt werden soll, beim Auftreffen des modulierten Signals eine Erkennung des Signals über eine Empfängereinheit, vorzugsweise in Form eines Schlüssels, vorgenommen werden. Dieser kann dann wiederum eine Rückantwort in Form eines modulierten Signals erzeugen. Damit kann eine Zuordnung der annähernden Person 5 zu dem Fahrzeugsitz 1 hergestellt werden.
Der reflektierte Anteil 7 der elektromagnetischen Welle wird durch eine Empfangsantenne empfangen oder, wie in Figur 2 dargestellt, durch den Richtkoppler 16 an dem Sendeschaltkreis 2 abgenommen und durch einen Gleichrichter 10 und ein Frequenzfilter 12, das als Bandpass ausgestaltet ist, zu einem Messverstärker 11 geleitet. Der Messverstärker 11 arbeitet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Verstärkungsfaktor von 500, um eine hohe Empfindlichkeit der dargestellten Anordnung zu erreichen. Der Messverstärker 11 führt über einen Digital-Analog-Wandler (DA-Wandler) 13 das empfangene Signal weiter zu der Auswerte- und Steuereinheit 4. Diese steht ebenfalls mit dem Signalgenerator 8 in Verbindung und führt die beschriebene Auswertung durch. Der Messschaltkreis 3 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel somit aus der Empfangsantenne 16, dem Gleichrichter 10, dem Frequenzfilter 12 und dem Messverstärker 11, um eine ausreichend hohe Sensitivität zu erreichen. In weiteren Ausführungsbeispielen können auch direkt Baugruppen zum De- tektieren von elektromagnetischer Strahlung im Radiofrequenzbereich, sogenannte RF-Detektoren, verwendet werden. Zudem kann der Messschaltkreis 3 auch mit zusätzlichen Filtern und einer Flankenmodulation bzw. mit einem Fensterdiskriminator (Mischstufe) frequenzselektiv ausgeführt werden.
Das zu messende Signal, also die elektromagnetische Welle 6, hat eine Signalstärke von 50 mV bis 500 mV mit einer Amplitudenänderung von etwa 10 μν bis 500 μν. Um eine Übersteuerung eines Ausgangs des Messverstärkers 11 zu vermeiden, wird an dem Messverstärker 11 mit einem Offset der Eingangs- spannungsbereich in die Nähe der zu messenden Spannung verschoben, d. h. bis zu einem Abstand von beispielsweise 5 mV. Durch diese Verschiebung wird der Messverstärker 11 nicht übersteuert. Hierzu erfolgt ausgehend von der Auswerte- und Ansteuereinheit 4 eine Offsetansteuerung des Messverstärkers 11 über einen DA-Wandler 14. Die Offsetspannung wird stufenweise soweit verändert, bis das Ausgangssignal des Messverstärkers 11 typischerweise den
Wert von 2,5 V eingenommen hat. Der nun eingestellte Offset wird für die Zeit des weiteren Betriebs konstant gehalten.
Beträgt beispielsweise das Eingangsignal etwa 100 mV, so wird der Offset auf 95 mV gestellt. Die Differenz von 100 - 95, also 5 mV wird 500-fach verstärkt und erscheint als 500 * 5 mV = 2,5 V Pegel am Verstärkerausgang. Variiert die zu messende Signaleingangsspannung von 100 mV auf 100,5 mV, also um 500 μν bei gleichzeitigem festen Wert für den Offset von 95 mV, so verändert sich die Ausgangspannung bei 500-facher Verstärkung auf 500 * 5,5 mV = 2,75 V. Durch die Auswerte- und Steuereinheit 4 wird außerdem, wie bereits beschrieben, das Verhältnis zwischen ausgesendeter und reflektierter Energie laufend überwacht und bei einer Veränderung das Warnsignal in Form eines Triggersignals generiert.
Vorzugsweise kann das in den Figuren 1 und 2 dargestellte System an das Verhalten der Änderung je nach Anwendungsfall angelernt und eine Abwei- chung davon als das Triggersignal benutzt werden. Das Sensorsystem kann initial bei jedem Start oder bei sich ändernden Betriebsverhältnissen auf die jeweils aktuellen Betriebsverhältnisse oder einmalig auf die Systemverhältnisse, beispielsweise den Einbauort, angelernt werden. Das Anlernen umfasst die Festlegung der Offsetwerte für den Messverstärker und weitere Parameter wie Grenzwerte für die Anstiegs- und Abfallzeiten der Sensorsignalwerte.
In Figur 3 ist in einer Figur 2 entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Annäherungssensors dargestellt, bei dem nun jedoch statt des Richtkopplers 16 eine zweite Empfangsantenne 9 in Form einer weiteren
Spule verwendet wird. Der Messschaltkreis besteht in den dargestellten Ausführungsbeispielen somit entweder aus der Empfangsantenne 9 oder der direkten Ankopplung an die Sendespule 15 über den Richtkoppler 16, sowie den bereits beschriebenen Gleichrichter 10 Frequenzfilter 12 und dem Messver- stärker 11.
Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.

Claims

Patentansprüche
Annäherungssensor für ein Fahrzeug, mit einem in oder an einem auf eine Annäherung zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil (1), insbesondere einem Sitz des Fahrzeugs, angeordneten Sendeschaltkreis (2) zum Emittieren elektromagnetischer Wellen (6) und einem in oder an dem auf die Annäherung zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil angeordneten Messschaltkreis (3) zum De- tektieren eines an einem Objekt (5) reflektierten oder gestreuten Anteils (7) der elektromagnetischen Wellen sowie einer Auswerte- und Steuereinheit (4), die ausgebildet ist, ein Verhältnis und/oder eine Differenz zwischen einer Energie der emittierten elektromagnetischen Wellen (6) und einer Energie des reflektierten oder gestreuten Anteils (7) der elektromagnetischen Wellen zu ermitteln und mit einem vorgegebenen Wert des Verhältnisses oder der Differenz zu vergleichen, sowie ein Warnsignal zu generieren, falls das ermittelte Verhältnis außerhalb eines festgelegten Bereichs um den vorgegebenen Wert des Verhältnisses liegt oder die Differenz größer als ein festgelegter Wert ist.
Annäherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeschaltkreis (2) eingerichtet ist, die elektromagnetischen Wellen (6) gepulst nur über einen definierten konstanten Zeitraum, vorzugsweise zwischen 100 ms bis 200 ms, zu emittieren und der Messschaltkreis (3) eingerichtet ist, innerhalb dieses Zeitraums den reflektierten oder gestreuten Anteil (7) der elektromagnetische Wellen auch zu detektieren. Annäherungssensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeschaltkreis (2) eingerichtet ist, die elektromagnetischen Wellen (6) mit einer Frequenz im Hochfrequenzbereich zwischen 9 kHz und 300 GHz, vorzugsweise zwischen 15 kHz und 100 GHz, besonders vorzugsweise zwischen 50 kHz und 1 GHz zu emittieren.
Annäherungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeschaltkreis (2) einen Signalgenerator (8) und einen Richtkoppler (16) zum Messen der Energie der emittierten elektromagnetischen Welle (6) aufweist.
Annäherungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (4) eingerichtet ist, die empfangenen elektromagnetischen Wellen frequenzselektiv und/oder amplitudenselektiv auszuwerten.
Annäherungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschaltkreis (3) einen Gleichrichter (10), mindestens ein Frequenzfilter (12) und/oder mindestens einen Messverstärker (11) aufweist.
Annäherungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messverstärker (11) mit einem Verstärkungsfaktor zwischen 100 und 1000, besonders vorzugsweise zwischen 500 und 1000, betreibbar ist.
Verfahren zum Erkennen einer Annäherung an ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil (1) eines Fahrzeugs, bei dem durch einen in oder an dem auf eine Annäherung zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil (1), insbesondere dem Sitz des Fahrzeugs, angeordneten Sendeschaltkreis (2) elektromagnetische Wellen (6) emittiert werden und durch einen in oder an dem auf eine Annäherung zu untersuchenden Fahrzeuginnenverkleidungsteil (1) angeordneten Messschaltkreis (3) ein an einem Objekt reflektierter oder gestreuter Anteil (7) der elektromagnetischen Wellen detektiert wird sowie durch eine Auswerte- und Steuereinheit (4) ein Verhältnis und/oder eine Differenz zwischen einer Energie der emittierten elektromagnetischen Wellen (6) und einer Energie des reflektierten oder gestreuten Anteils (7) der elektromagnetischen Wellen ermittelt und mit einem vorgegebenen Wert des Verhältnisses oder der Differenz verglichen wird und ein Warnsignal von der Auswerte- und Steuereinheit (4) ausgesandt wird, falls das ermittelte Verhältnis außerhalb eines festgelegten Bereichs um den vorgegebenen Wert des Verhältnisses liegt oder ein festgelegter Wert für die Differenz überschritten worden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen (6) mit einer Amplitude zwischen 100 mV und 500 mV emittiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen (6) durch den Sendeschaltkreis (2) amplitudenmoduliert oder frequenzmoduliert und/oder gepulst emittiert werden, wobei die Pulse eine gleiche und konstante Zeitdauer haben.
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