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Die
Erfindung betrifft eine Kopfstütze mit einer Verstellvorrichtung
zur Einstellung der Kopfstütze in Bezug auf eine Kopfposition
eines Fahrgastes nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Aus
der
DE 19916804 ist
bereits eine Vorrichtung zum Justieren einer Fahrzeugkopfstütze
bekannt, bei der innerhalb der Kopfstütze zwei Kondensatorplatten übereinander
angeordnet sind, die gleichphasig erregt werden, und ein Ausgangssignal in
Abhängigkeit einer Kopfposition liefern. Zur Justierung
wird die Kopfstütze solange in ihrer Höheposition
verändert, bis die Sensorsignale der beiden Kondensatorplatten
im Wesentlichen gleich groß sind.
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Aus
der
DE 10 2006
023 102 A1 ist eine Kopfstütze für einen
Fahrzeugsitz mit drei übereinander angeordneten Elektroden
bekannt. Zur Bestimmung der Kopfposition werden die Elektroden immer nur
paarweise betrieben. In einer ersten Messung wird der Wechselstrom über
die obere und untere Elektrode und in einer zweiten über
die untere und mittlere Elektrode gemessen. Eine optimale Position der
Kopfstütze wird erkannt, wenn die Wechselströme
gleich groß sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Justiervorrichtung mit hoher Störtoleranz
und guter Einstellgenauigkeit in Höhe und Abstand zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße
Kopfstütze mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs gelöst, indem die Kopfstütze eine Verstellvorrichtung
zur Einstellung der Kopfstütze in Bezug auf eine Kopfposition
eines Fahrgastes aufweist, wobei mindestens zwei Elektroden übereinander
angeordnet sind und in bestimmten Bereichen der Kopfstütze
Feldbeeinflussungselemente angeordnet sind. Diese Anordnung hat
den Vorteil, dass durch geeignete Platzierung von Feldbeeinflussungselementen
in bestimmten Bereichen der Kopfstütze, Störeinflüsse,
die das beim Betrieb der Elektroden erzeugte Messfeld beeinflussen,
ausgeblendet oder reduziert werden können.
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Derartige
Feldbeeinflussungselemente können in vorteilhafter Weise
realisiert werden, indem ein Polster, das die Elektroden in Richtung
Kopfseite abdeckt, in Bereiche mit unterschiedlicher Leitfähigkeit
aufgeteilt wird. Das Messfeld wird im Wesentlichen durch die Bereiche
beeinflusst, die gegenüber dem umgebenden Polster eine
höhere Leitfähigkeit aufweisen. Ein solcher Bereich
dient somit als Feldbeeinflussungselement.
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Die
Feldbeeinflussungselemente sind vorzugsweise im Bereich der Elektroden
angeordnet und weisen dort im Vergleich zum umgebenden Polster,
eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Durch eine derartige
Anordnung kann die Feldwirkung der Elektroden über die
leitfähigen Bereiche des Polsters weiter nach außen
getragen bzw. in seinem Ausbreitungsverhalten beeinflusst werden.
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Zur
Beeinflussung des Messfeldes ist ein elektrischer Kontakt mit den
Elektroden nicht erforderlich. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch
von Vorteil sein, die leitfähigen Bereiche elektrisch mit den
Elektroden zu verbinden. In diesem Fall wirken die so kontaktierten
leitfähigen Bereich im Wesentlichen wie eine Elektrode.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Feldbeeinflussungselemente
als Dielektrikum mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ausgebildet.
Vorzugsweise sind derartige Dielektrika im Polster der Kopfstütze
eingearbeitet, wobei die Kopfstütze analog zu den elektrisch
leitfähigen Bereichen, Bereiche mit unterschiedlichen hohen
Dielektrizitätskonstanten aufweist.
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Vorteilhaft
ist es auch, ein Feldbeeinflussungselement als Abschirmelektrode
auszuführen, die vorzugsweise zwischen einer Sendeelektrode und
einer Empfangselektrode angeordnet ist. Die Abschirmelektrode kann
auch im Polsterbereich der Kopfstütze angeordnet sein,
und insbesondere auch als Bereich mit hoher elektrischer Leitfähigkeit
ausgebildet sein. Zur Realisierung einer abschirmenden Wirkung ist
die Abschirmelektrode mit einem Bezugspotenzial, vorzugsweise einem
Massepotenzial verbunden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Feldbeeinflussungselemente
als Kompensationselektroden auszuführen, wobei diese Elektroden
mit einem Kompensationspotenzial verbunden sind, das in einer festen
Phasenbeziehung zum Sendepotential der Sendeelektroden steht. Das
Kompensationspotenzial kann aber auch ohne irgendeine Phasenbeziehung
zum Sendesignal sein und zeitlich separat erzeugt werden, so dass
die daraus gewonnenen Messwerte erst im Steuergerät verarbeitet werden.
Vorzugsweise sind die Kompensationselektroden zwischen einer Sende-
und Empfangselektrode angeordnet. Auch hier ist es denkbar, derartige Elektroden
im Polster der Kopfstütze, beispielsweise als elektrisch
leitfähige Zone zu realisieren.
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Die
Kompensationselektrode weist vorzugsweise eine kleinere Fläche
als die Sendeelektrode auf. Weiterhin können zusätzlich
zur Kompensationselektrode weitere Feldbeeinflussungselemente vorhanden
sein, wie beispielsweise mindestens eine weitere Abschirmelektrode
und/oder auch leitfähige Bereiche im Polster.
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Ferner
ist ein Steuergerät zum Betreiben einer verstellbaren Kopfstütze
mit einem Verstärker, einem Analog-Digital-Wandler und
einer Steuereinheit vorgesehen. Die Steuereinheit ist typischerweise
mit einer Sendeelektrode verbunden, und weist Mittel zur Bereitstellung
bzw. Erzeugung eines Sendepotenzials bzw. Sendsignals auf. Der Verstärker
ist typischerweise mit der Empfangselektrode verbunden und ist erfindungsgemäß derart
ausgestaltet, dass eine Verstärkung des Empfangssignals
im Wesentlichen nur im Bereich der Arbeitsfrequenz erfolgt.
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Zum
Betreiben einer Kompensationselektrode weist das Steuergerät
zudem Mittel zur Bereitstellung eines Kompensationspotenzials bzw.
-signals auf. Das Kompensationssignal ist vorzugsweise zum Sendepotenzial
phasenverschoben, insbesondere um 180°.
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Das
Steuergerät ist vorteilhaft Bestandteil der Kopfstütze
und derart ausgestaltet, dass in Abhängigkeit von Signalen
der Elektrodenanordnung eine Einstellung der Kopfstütze
erfolgt.
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Im
Einstellbetrieb ist es vorgesehen, die Sendeelektroden vorzugsweise
diskontinuierlich und insbesondere kürzer als eine Sekunde
mit Signalen zu beaufschlagen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass
diskontinuierliche Störsignale nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit
während des Einstellbetriebs bzw. Sende- und Empfangsbetriebs
der Elektroden aufscheinen.
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Zur
Analyse der aktuellen Störsituation kann dennoch auch ein
kontinuierlicher Empfangsbetrieb herangezogen werden.
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Vorteilhaft
sind für einen Einstellbetrieb der Kopfstütze
zwei Verstellschritte vorgesehen, wobei in einem der Kopfabstand
und im anderen ein Höhenoptimum eingestellt. wird. Abhängig
von den Empfangssignalen der Empfangselektrode kann entschieden
werden, welcher Verstellschritt zuerst durchgeführt wird.
Alternativ dazu können bei entsprechender kontinuierlicher
Bewertung der Messsignale auch beide Achsen gleichzeitig verstellt
werden, um Zeit im gesamten Einstellvorgang einzusparen.
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Es
zeigen schematisch:
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1 eine
erfindungsgemäße Kopfstütze,
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2 ein
Steuergerät zum Betreiben einer kapazitiven Kopfdetektion,
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3 eine
erfindungsgemäße Kopfstützenpolsterung,
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4 eine
erfindungsgemäße Elektrodenkonfiguration,
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5 mögliche
Ausgangssignale bzw. Sendesignale des Steuergeräts.
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6 eine
Kopfstütze mit zwei Abschirmelektroden,
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7 eine
Kopfstütze mit zwei zusätzlichen Kompensationselektroden.
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1 zeigt
einen Querschnitt einer erfindungsgemäße Kopfstütze 1 mit
einer Elektrodenanordnung 10 bestehend aus einer oberen,
mittleren und unteren Elektrode 11, 12, 13,
die mit einem Steuergerät 50 elektrisch verbunden
sind. Die Kopfstütze 1 ist höhenverstellbar über
eine Stütze 210 mit einer Lehne 200 eines
Fahrzeugsitzes verbunden. Die Kopfstütze 1 ist
vorzugsweise elektromotorisch in ihrer Höhe h und im Kopfabstand
a verstellbar.
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Zur
Erkennung der Position der Kopfstütze 1 relativ
zum Kopf 100 werden die Elektroden in geeigneter Weise
mit Signalen beaufschlagt, wobei wenigstens eine Elektrode als Sendeelektrode
und wenigsten eine Elektrode als Empfangselektrode geschaltet ist.
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Vorzugsweise
dienen die obere und untere Elektrode 11, 13 als
Sendeelektrode und die mittlere Elektrode 12 als Empfangselektrode.
Im dargestellten Beispiel weisen die Sendeelektroden 11, 13 eine größere
Fläche als die Empfangselektrode 12 auf. Je nach
Ausgestaltung kann die Fläche der Sende- und Empfangselektroden
auch gleich groß gewählt werden oder ggf. sogar
umgekehrte Größenverhältnisse aufweisen.
Die Abstände zwischen den Elektroden sind vorzugsweise äquidistant.
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Zur
Bestimmung des Kopfabstandes ist es vorgesehen, die Elektroden in
einem Abstandsmodus zu betreiben, während zur Einstellung
einer geeigneten Kopfstützenhöhe h die Elektroden
in einem Höhenmodus betrieben werden.
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Zur
Einstellung des Kopfabstandes a im Abstandmodus wird vorzugsweise
das Summensignal der Elektroden herangezogen, und für die
Einstellung der Kopfstützenhöhe h im Höhenmodus
vorzugsweise das Differenzsignal.
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Zur
Signalerzeugung in den verschiedenen Modi können die Elektroden
entweder gleichzeitig oder auch alternierend mit Signalen beaufschlagt werden.
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Bei
einem gleichzeitigen Betrieb der Elektroden ist es vorzugsweise
vorgesehen, zur Bildung des Summensignals die Sendeelektroden 11, 13 gleichphasig
zu betreiben. Zur Bildung des Differenzsignals können die
Sendeelektroden mit Signalen unterschiedlicher Phasenlage, insbesondere
auch gegenphasig, beaufschlagt werden.
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Die
Genauigkeit des Differenzsignals kann weiter verbessert werden,
wenn die unterschiedliche Phasenlage der Sendesignale in einem weiteren Messmodus
zusätzlich definiert geändert wird. Dadurch können
beispielsweise Symmetriefehler, die durch Bauteil- oder Mechaniktoleranzen
verursacht werden, erfasst und kompensiert werden. Aus einer entsprechenden
Kalibriermessung kann dann ein Korrekturwert gewonnen werden, der
die Genauigkeit des Systems erhöht.
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Bei
einem alternierenden Betrieb kann die Phase der Signale unberücksichtigt
bleiben. Das Summen- bzw. das Differenzsignal wird durch entsprechende
Algorithmen im Steuergerät anhand der erfassten Signale
gebildet.
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Ein
solches Vorgehen hat insbesondere den Vorteil, dass nur ein einziger
Signalweg für das Sendesignal benutzt werden kann, der
dann nach Bedarf elektronisch alternierend auf die eine oder die
andere Sendeelektrode umgeschaltet werden kann. Dadurch kann der
Einfluss von Bauteiltoleranzen zwischen zwei verschiedenen Signalwegen
minimiert werden.
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Zur
Einstellung der Kopfstütze ist es beispielsweise vorgesehen,
zunächst in einem ersten Schritt die Höhe der
Kopfstütze bis zum Erreichen eines Höhenoptimums
zu verstellen. Hierzu werden die Elektroden im Höhenmodus
betrieben. In einem zweiten Schritt wird der Kopfabstand a im Abstandsmodus
auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Da nun von einem optimalen
Abstand ausgegangen werden kann wird zur Feinjustierung die Höhe
der Kopfstütze im Höhenmodus erneut justiert.
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Ferner
ist es zur Einstellung der Kopfstütze auch denkbar, zuerst
Summen- und Differenzsignale zu erfassen, und anhand der ausgewerteten
Signale zu entscheiden, welche Verfahrwege zuerst durchgeführt
werden soll. Insbesondere kann es vorgesehen sein, bei einem schwachen
Summensignal die Kopfstütze zunächst in Kopfrichtung
zu bewegen, bis ein ausreichendes Signal vorliegt.
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Genau
so ist es denkbar, in einem Kombinationsmodus, also im schnellen
Wechsel miteinander sowohl Summen- als auch Differenzsignale quasi zeitgleich
zu erfassen und im quasi kontinuierlichen Betrieb beide Verstellmodi,
Höhen- und Abstandsmodus gleichzeitig auszuführen,
um insgesamt Einstellzeit einzusparen.
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Es
können auch verschiedene Modi zeitlich nacheinander oder
der jeweiligen Einstellsituation flexibel angepasst ausgeführt
werden, beispielsweise zuerst Kombinationsmodus, um Zeit zu sparen, dann
nur noch Abstandsmodus und am Schluss wieder Höhenmodus
zur Feineinstellung.
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Liegt
kein plausibles oder gar kein Signal vor, verfährt die
Kopfstütze in eine Default-Position, die standardmäßig
die größte Sicherheit für die Mehrzahl der
Benutzer bietet.
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In 2 ist
schematisch ein erfindungsgemäßes Steuergerät 50 mit
einem Verstärker 52 einem Analog-Digital-Wandler 54 und
einer Steuerungseinheit 56, vorzugsweise einem Mikroprozessor,
gezeigt. Der Analog-Digital-Wandler 54 kann auch Bestandteil
der Steuerungseinheit 56 sein. Im dargestellten Beispiel
erzeugt die Steuereinheit 56 eine Wechselspannung, die
der oberen und unteren Elektrode 11, 13 zur Abstrahlung
zugeleitet wird. Als Empfangselektrode dient die mittlere Elektrode 12, deren
Signale über einen Verstärker 52 und
einem Analog-Digital-Wandler 54 der Steuereinheit 56 zur Verfügung
gestellt werden. Die Steuereinheit 56 leitet in Abhängigkeit
der an der Empfangselektrode empfangenen Signale beispielsweise
Steuersignale an eine Verstellvorrichtung der Kopfstütze
weiter. Hier besteht die Möglichkeit, dass die Steuereinheit 56 die Verstellvorrichtung
und ggf. die Elektromotoren zur Verstellung der Kopfstütze
direkt ansteuert, oder Steuersignale einem weiteren, hier nicht
näher bezeichneten Steuergerät der Verstellvorrichtung
zur Verfügung stellt.
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Ferner
sind im Steuergerät 50 oder in der Steuereinheit 56 Mittel
zur Erzeugung eines Sendepotenzials bzw. Signals vorgesehen. Ein
solches Mittel kann beispielsweise durch einen entsprechenden Mikroprozessor
oder eine Leistungsendstufe realisiert sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die obere und
untere Elektrode 11, 13 abwechselnd betrieben,
so dass die Empfangselektrode 12 abwechselnd das obere
und untere Strahlungsfeld empfangt. Ohne ein beeinflussendes Element
im Strahlungsbereich der Sendeelektroden 11, 13 ist
an der Empfangselektrode 12 in beiden Betriebszuständen
im Wesentlichen das gleiche Empfangssignal zu erwarten. Befindet
sich ein zu detektierender Kopf im Strahlungsbereich der Sendeelektroden 11, 13 ist
die Feldausbreitung behindert, so dass abhängig vom Abstand
und von der Höhe des Kopfes in Relation zu den Elektroden
unterschiedliche Empfangssignale erfasst werden.
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Zur
Auswertung der Signale ist es vorgesehen, die Signale zunächst
zu verstärken und zu digitalisieren. In der Steuereinheit
werden die Signale erfasst und weiter verarbeitet.
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Insbesondere
kann es vor einer weiteren Signalverarbeitung vorgesehen sein, beispielsweise über
Software-Filter Störsignale auszublenden.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, eine erste Filterung bereits im Verstärker
durchzuführen. Vorteilhaft ist der Verstärker
so ausgelegt, dass im Wesentlichen nur die Nutzfrequenzen verstärkt
und die Störquellen ausgeblendet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante ist es vorgesehen, in
der Steuereinheit die empfangenden Signale zusätzlich im
Hinblick auf Störungen zu beurteilen.
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Beispielsweise
kann es vorgesehen sein, bei einem erkannten Störer die
Arbeitsfrequenz zu wechseln. Zur Auswahl einer geeigneten Arbeitsfrequenz kann
es ferner vorgesehen sein, die Seitenbänder des empfangenden
Signals zu analysieren und in Abhängigkeit des jeweilig
gestörten Seitenbandes eine geeignete neue Arbeitsfrequenz
zu wählen. Beispielsweise könnte es bei einem
gestörten oberen Seitenband vorgesehen sein, zu einer tieferen
Arbeitsfrequenz zu wechseln.
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Sollte
der Störer eine derart hohe Amplitude besitzen, dass der
Verstärker in die Sättigung gerät, ist
es vorgesehen, die Verstärkung sukzessive zurückzunehmen,
bis ein auswertbares Signal vorliegt. Alternativ dazu kann auch,
insbesondere bei mehrstufigen Verstärkern, einfach der
Ausgang einer vorhergehenden Verstärkerstufe benutzt werden.
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Auch
kann es vorgesehen sein, die Arbeitsfrequenzen unabhängig
von möglichen Störern, zufällig oder
nach einem bestimmten Muster zu wechseln, um bereits im Vorfeld
die Wahrscheinlichkeit einer Störung zu reduzieren.
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In
einer weiteren Ausführung kann es vorgesehen sein, die
Arbeitsfrequenzen so stark zu ändern, dass die Wechselwirkung
mit dem zu messenden Objekt – Kopf – deutlich
verändert sind. Beispielsweise ist es denkbar, die Arbeitsfrequenz
von 100 kHz auf 1 Mhz, 10 Mhz oder höher zu wechseln. So
ist es möglich, Störungen leichter zu eliminieren und
die Qualität der Messergebnisse aufgrund unterschiedlicher
physikalischer Rahmenbedingungen zu verbessern.
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Ferner
ist es vorteilhaft eine Arbeitsfrequenz zu wählen, die
außerhalb der üblicherweise zu erwartenden Störquellen
wie Rundfunksender usw. liegt. Zu bevorzugen sind deshalb Arbeitsfrequenzen
kleiner 150 kHz.
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Auch
im Hinblick auf mögliche Störemissionen des Sensorsystems
ist es vorteilhaft, die Arbeitsfrequenz möglichst außerhalb
der üblichen Rundfunkbänder zu legen, so dass möglicherweise
in der Nähe des Sensorsystems betriebene Funkdienste möglichst
nicht gestört werden.
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Zur
Ausblendung zufälliger Störungen, beispielsweise
schneller Transienten, pulsartiger Störungen oder so genannter
Bursts, ist es ferner vorgesehen, die Signalaussendung auf kurze
Intervalle – beispielsweise kleiner 1 Sekunde oder vorzugsweise kleiner
100 oder 10 Millisekunden – zu beschränken.
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Außerdem
kann zu diesem Zweck eine intelligente Erkennung der auf solche
Weise beeinflussten Messsignalsequenzen erfolgen, so dass die daraus
abgeleiteten Messwerte als ungültig verworfen werden können,
dagegen Messwerte, die direkt davor oder danach auftreten und entsprechende
Qualitätskriterien aufweisen, sehr wohl in die normale
Auswertung eingehen können.
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Im
Hinblick auf den Wunsch nach großer Reichweite und hoher
Einstellgenauigkeit können weiterhin die Voraussetzungen
dafür verbessert werden, wenn die durch die Bauraumbegrenzung
zur Verfügung stehende Elektrodenfläche so groß wie möglich
gestaltet wird.
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Zu
diesem Zweck können in das Polster vor den Elektroden leitfähige
Bestandteile eingebracht werden, um die elektrische Größe
des Elektrodensystems zu maximieren, bzw. um den Abstand zum Objekt
zu minimieren.
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In 3 ist
schematisch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Polsters 20 mit Feldbeeinflussungselement 21, 22, 23 gezeigt.
Das Polster 20 deckt im Wesentlichen die Elektroden in
kopfseitiger Richtung ab. Die Feldbeeinflussungselemente unterteilen
das Polster in Bereiche mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften
und sind vornehmlich in den Bereichen vor den Elektroden angeordnet. Das
Polster kann bei gezielter Ausgestaltung in innerer Struktur oder
Formgebung auch selbst schon aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften
bereits ein Feldbeeinflussungselement darstellen.
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Die
Feldbeeinflussungselemente dienen zur elektrischen Verlängerung
bzw. Vergrößerung der Elektroden 10 in
Richtung des zu detektierenden Kopfes 100.
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Beispielsweise
können die Feldbeeinflussungselemente als Polsterbereiche
mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ausgestaltet sein.
Die Leitfähigkeit des Polsters kann beispielsweise in nicht
abschließender Aufzählung durch Einbringen von
Kohlefasern, Metallfasern, leitfähiger Partikel, Folie,
Kunststoffe oder Schäume beeinflusst werden.
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In
einer vergleichbaren Weise wirksam können die Feldbeeinflussungselemente
auch als Bereiche mit einer hohen Dielektrizitätskonstante
ausgebildet sein. Als Materialen eigenen sich hier insbesondere
Glasfasern oder vergleichbare Materialen, die sich ohne weiteres
in das Polster integrieren lassen.
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Die
in der Zeichnung dargestellten, ovalen Anordnung der Feldbeeinflussungselemente
ist nur beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich können die
Bereiche auch in einer anderen Art und Weise gestaltet werden. Insbesondere
ist es denkbar, dass ein Bereich von der Elektroden- bis zur Kopfseite
durchgängig leitfähig ist. Der Polsterbereich
zwischen den leitfähigen Bereichen sollte möglichst
nichtleitend ausgestaltet sein.
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Auch
ist es denkbar, die Leitfähigkeit kontinuierlich zu den
Bereichsgrenzen abnehmen zu lassen.
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Ferner
könnte auch durch gezielte Ausgestaltung eines üblichen
Polstermaterials in Dichte, Dicke und/oder Form die elektrischen
und insbesondere die dielektrischen Eigenschaften des Polsters beeinflusst
werden. Beispielsweise kann über die Porengröße
des Polsterschaums ein einfacher Art und Weise die Dichte des Materials
eingestellt werden. Selbstverständlich können
auch elektrisch leitfähige Bereiche derart verändert
werden.
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Weiterhin
kann es vorgesehen sein, die Feldbeeinflussungselemente abhängig
von der benutzten Arbeitsfrequenz auszugestalten. Insbesondere kann es
bei hohen Frequenzen vorgesehen sein, die leitfähigen Bereiche
bzw. die Bereiche erhöhter Dielektrizität antennenartig
auszubilden, um die Richtwirkung der Sendeelektroden zu verstärken.
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Ferner
kann es vorgesehen sein, dass die leitfähigen Bereiche
im Polster selbst die Elektroden bilden. Beispielsweise könnte
auf die typischerweise als Metallstreifen ausgebildeten Elektroden
verzichtet werden und durch leitfähige Bereiche, insbesondere
leitfähige Schäume, ersetzt werden.
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Auch
kann es vorgesehen sein, dass ein Teil der Elektroden in den leitfähigen
Bereichen im Polster realisiert ist, und ein anderer Teil der Elektroden herkömmlich
als Leiterstreifen ausgebildet ist.
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Des
Weiteren ist es auch möglich, die elektrisch leitfähigen
Bereiche im Polster elektrisch mit den Elektroden zu verbinden
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Im
Weiteren ist das Elektrodensystem nicht auf drei Elektroden beschränkt,
sondern kann auch auf mehrere Elektroden ausgedehnt werden.
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Insbesondere
kann es auch vorgesehen sein, den Elektroden eine Ausrichtung zu
geben.
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4 zeigt
exemplarisch eine mögliche Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Elektrodensystems 11, 12, 13.
Die Elektrode besteht aus einem nicht leitfähigem Träger 15,
der beidseitig mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 16, 17 versehen ist.
Die kopfseitige Beschichtung 16 ist elektrisch mit dem
Steuergerät 50 und die rückwärtige
Beschichtung 17 mit einem Bezugspotential verbunden. Die rückwärtige
Beschichtung 17 dient hier vornehmlich als Abschirmung
gegen unerwünschte Störaussendung; sie verbessert
jedoch auch die Richtwirkung der Sende- bzw. Empfangselektroden
und unterdrückt somit die unerwünschte Sensitivität
gegen Annäherung von der Rückseite und von der
Seite.
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Zusätzlich
kann es vorgesehen sein, zum Zwecke erhöhter Genauigkeit
einen automatischen Abgleich des Systems auszuführen, der
vorzugsweise dann stattfindet, wenn bekannt ist, dass sich sicher
keine Person auf dem Sitz befindet. Die aus diesem automatischen
Abgleich gewonnenen Messwerte können als Korrekturwerte
dienen, um den Einfluss von Material- und Bauteilalterung oder von
Feuchtigkeit und Verschmutzung zu kompensieren.
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Zusätzlich
oder alternativ dazu kann ein automatischer Abgleich des Systems
auch ohne Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen erfolgen.
Zu diesem Zwecke können in bestimmte Schaltungsteile genau
definierte Kalibriersignale eingespeist werden, damit aus den gemessenen
Resultaten Korrekturdaten für die gemessenen, objektabhängigen
Rohwerte gewonnen werden können. Diese Kalibriermessungen
können beispielsweise durch bestimmte Zeitpunkte oder durch
bestimmte Ereignisse getriggert werden oder auch in schneller Folge, also
quasi kontinuierlich, zwischen den eigentlichen Sensormessungen
erfolgen.
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Zusätzlich
kann es vorgesehen sein, spezielle Elektroden zwischen den Sende-
und Empfangselektroden 11, 12, 13 und/oder
auch im Bereich des Polsters zu platzieren, mit deren Hilfe beispielsweise Korrekturwerte
zur Kompensation von sich ändernden Materialeigenschaften
gewonnen werden können.
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Zusätzlich
kann es ferner vorgesehen sein, spezielle Elektroden im Außenbereich
der Kopfstütze zu platzieren, die der Kompensation von
unerwünschter seitlicher und rückseitiger Beeinflussbarkeit
dienen.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vorteilhaft vor, die Elektroden und
auch die Steuergeräteschaltung auf einem gemeinsamen Träger
anzuordnen. Dieser Träger kann beispielsweise als Platine
oder auch als flexible Leiterplatte bzw. -folie ausgeführt sein.
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In 5 ist
ein mögliches Ausgangssignal bzw. Sendesignal S_1F gezeigt,
das von der Steuereinheit erzeugt und auf die Sendeelektroden 11, 13 gebracht
wird. In bekannter Weise erzeugen Rechteckimpulse auch ein Frequenzspektrum
oberhalb der Grundfrequenz. Insbesondere sind ungerade Vielfache
der Grundfrequenz zu beobachten. Bei einer Grundfrequenz von 100
kHz sind auch Signale bei 300 kHz, 500 kHz und weitere zu beobachten.
Hier sind insbesondere die der Grundfrequenz nahen Frequenzen störend.
Erfindungsgemäß ist das Steuergerät so
ausgestaltet, dass die Grundfrequenz mit mindestens dem ersten höheren
Vielfachen der Grundfrequenz invers und mit geeigneter Amplitude überlagert
wird. In 3 ist dies mit dem dritten Vielfachen
S_3F gekennzeichnet. Das nachträgliche Herausfiltern der
dreifachen Grundfrequenz entfällt dann, weil diese bereits
durch gegenphasige Überlagerung entfernt wurde. Das Ausgangssignal
S_A2 erscheint dann bei periodischer Fortsetzung der beiden Signale
S_1F und S_3F als Summe dieser beiden Signale. Bei Bedarf kann das
Summensignal S_A2 noch mit weiteren Vielfachen der Grundfrequenz überlagert
werden, um die restlichen Oberwellen in der Störaussendung
noch effektiver zu unterdrücken – beispielsweise
mit der fünffachen oder der siebenfachen Grundfrequenz. Über
beispielsweise RC-Glieder, LC-Glieder oder aktive Filter kann das Signal
S_A2 in einer Folgestufe noch weiter geglättet und der
angestrebten, oberwellenarmen Sinus-Kurvenform noch besser angenähert
werden.
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Bei
Bedarf kann das am Ende erzeugte Signal zum Zwecke der Amplitudenverstärkung
oder auch Impedanzanpassung noch einer Sendeendstufe zugeführt
werden.
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Wie
bereits beschrieben kann es vorteilhaft sein, spezielle Elektroden
im Bereich des Polsters zu platzieren, welche Korrekturwerte zur
Kompensation von sich ändernden Materialeigenschaften bereit stellen
können.
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Nachstehend
sind anhand der 6 und 7 weitere
Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen diese Elektroden
zur Kompensation oder mindestens der Unterdrückung von
Materialeigenschaften dienen.
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Prinzipiell
besteht die Anforderung darin, im Bereich des Polsters eine Kapazitätsänderung
in der Ferne, im Wesentlichen sogar weit außerhalb der Kopfstütze
in der Luft zu erkennen. Dies ist erforderlich, um den Kopf oder
ein anderes Körperteil des Fahrgastes zu erkennen oder
um ein fahrgastfremdes Objekt zu erkennen.
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Problematisch
ist, dass das Polstermaterial sowie die erforderlichen Träger-
und Befestigungselemente zwar in derselben Wirkungsrichtung wie
das zu erkennende Objekt liegen, aber dennoch unerwünschte
Materialeigenschaften aufweisen können. Zur Abschirmung
solcher unerwünschten Eigenschaften sind vorzugsweise Maßnahmen
im Außenbereich oder im hinteren Bereich der Kopfstütze
vorgesehen, die vornehmlich Kapazitätsänderungen beispielsweise
seitlich oder von hinten unterdrücken oder minimieren können.
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Selbstredend
können solche Maßnahmen nicht in der Hauptwirkungsrichtung
angewendet werden, da ansonsten die Fernmessung selbst abgeschirmt
würde. Zudem ergibt sich die Schwierigkeit, dass die direkt
im Nahbereich angeordneten Materialien üblicherweise einen
sehr viel stärkeren Einfluss auf die Messung haben als
das zu erkennende Objekt.
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Weiterhin
ist es problematisch, dass sich ändernde Materialeigenschaften
im Einfluss- bzw. Erfassungsbereich der Elektroden – wie
z. B. durch Temperaturdrifteinflüsse und Feuchtigkeitsaufnahme – die
Messung leicht unverhältnismäßig stark
beeinflussen können.
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Dies
gilt besonders für eine Anordnung entsprechend einem Wirkungsprinzip
mit Sende- und Empfangselektrode gemäß den vorgenannten
Ausführungsbeispielen und Funktionsbeschreibungen.
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Vor
diesem Hintergrund zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel
mit zwei zusätzlichen passiven Abschirmelektroden 14, 15,
die räumlich zwischen der Sende- und Empfangselektrode 11, 12,
beziehungsweise zwischen 13 und 12 angeordnet
sind. Schematisch ist in der Nähe der Elektroden 11–15 ein
Befestigungsbereich 35 gezeigt, der beispielsweise Befestigungs-
und Montagematerial mit unterschiedlichen und ggf. veränderlichen
Materialeigenschaften aufweist.
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Die
Position der Abschirmelektroden 14, 15 zwischen
den Sende- und Empfangselektroden 11, 12, 13 ist
vorzugsweise so gewählt, dass der zwischen Sende- und Empfangselektrode
fließende Strom im Fernbereich – also der Bereich
in dem der gewünschte Messeffekt zu beobachten ist – im
Wesentlichen nicht beeinflusst wird. Im Nahbereich hingegen fließen
die Sendeströme vornehmlich über die Abschirmelektroden 14, 15 ab,
so dass nur noch ein geringer Teil der „Nahbereichsströme” die
Empfangselektrode 12 erreicht. Vorzugsweise führt
die Abschirmelektrode 14, 15 ein Bezugspotenzial,
z. B. Masse.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit aktiven Kompensationselektroden 16, 17.
die zusätzlich zu den Abschirmelektroden 14, 15 zwischen den
Sende- und Empfangselektroden 11, 12, 13 angeordnet
sind. Die Kompensationselektroden 16, 17 sind über
das Steuergerät 50 mit einem Kompensationspotenzial
verbunden. Für den vorliegenden Anwendungsfall weist das
Steuergerät 50 bzw. vorzugsweise die Steuereinheit 56 sowohl
Mittel zur Bereitstellung eines Sendepotenzials bzw. -signals als auch
Mittel zur Bereitstellung eines Kompensationspotenzials bzw. Sendesignals
auf. Hierbei ist vorzugsweise die Steuereinheit 56 derart
ausgestaltet sein, dass ausgehend vom erzeugten Sendesignal ein
Kompensationssignal bereitgestellt wird.
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Eine
solche aktiv angetriebene Kompensationselektrode 16, 17 – hier
der prinzipiellen Erklärung wegen nur in der Einzahl und
im Zusammenwirken mit nur einer Sende- und einer Empfangselektrode erwähnt – erlaubt
es, die Wirkung der vorgenannten Abschirmelektroden 14, 15 noch
weiter zu verbessern. Die Kompensationselektrode 16, 17 weist
vorzugsweise eine gegenüber der Sendelektrode 11, 13 geringere
Fläche auf, die so dimensioniert ist, dass eine Fernwirkung
auf das zu erfassende Objekt vernachlässigt werden kann,
jedoch im Nahbereich der Sensorelektroden ein sehr wesentlicher
Einfluss auf das die Sensorelektroden umgebende Material ausgeübt
wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Kompensationselektrode 16, 17 ebenfalls
vorzugsweise zwischen Sende- und Empfangselektrode angeordnet ist.
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Die
jeweilig aktive Kompensationselektrode 16, 17 wird
vorzugsweise gegenphasig zu der betreffenden Sendeelektrode angetrieben,
damit die vor der Empfangselektrode 12 befindlichen Materialien möglichst
gleichermaßen sowohl von der größeren, aber
weiter entfernt liegenden Sendeelektrode 11, 13 als
auch von der kleineren, aber näher liegenden Kompensationselektrode 16, 17 beeinflusst
werden. Durch eine derartige Anordnung und geeignete Wahl der Flächen,
Abstände und elektrisches Signalamplitudenamplitudenverhältnis
zwischen Sendeelektrode 11, 13 und Kompensationselektrode 16, 17 ist
es möglich, sich ändernde Materialeigenschaften,
die im Nahbereich unvermeidlich bestehen, gezielt zu unterdrücken.
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Die
elektrischen Felder von Sendeelektrode 11, 13 und
Kompensationselektrode 16, 17 löschen sich
also im Nahbereich gegenseitig aus. Und wenn durch sich ändernde
Materialeigenschaften der Einfluss der Sendeelektrode 11, 13 stärker
wird, so wird gleichzeitig auch der Einfluss der gegensinnig wirkenden
Kompensationselektrode 16, 17 größer
und umgekehrt. Dies gilt im Wesentlichen nur für den Nahbereich,
im dem sich kein zu erfassendes Objekt befindet. Im Fernbereich
dagegen, in welchem sich das zu erfassende Objekt befindet, kommt
aufgrund der größeren Fläche im Wesentlichen
nur die erwünschte Wirkung der Sendeelektrode 16, 17 zur Wirkung.
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Eine
derartige Kompensationselektrode 16, 17 kann allein
oder auch in Kombination mit einer passiven Abschirmelektrode 14, 15 verwendet
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19916804 [0002]
- - DE 102006023102 A1 [0003]