DE102009046633B4

DE102009046633B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Körpers

Info

Publication number: DE102009046633B4
Application number: DE102009046633.9A
Authority: DE
Inventors: Armin Satz; Dirk Hammerschmidt; Mario Motz; Martin Orasch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: US20100117845A1; US8358208B2; DE102009046633A1

Abstract

Verfahren zum Erfassen eines Vorhandenseins eines menschlichen Körpers auf einem Fahrzeugsitz, das aufweist:Messen einer Impedanz eines Fahrzeugsitzes, wobei das Messen der Impedanz Impedanzmessungen innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs über der Frequenz umfasst;Ableiten einer gemessenen Impedanz basierend auf der Messung der Impedanz;Korrelieren der gemessenen Impedanz mit einem vorgegebenen Modell für einen menschlichen Körper, das für wenigstens zwei der mehreren Frequenzen des vorgegebenen Frequenzbereichs definiert ist, wobei das vorgegebene Modell für den menschlichen Körper eine streuende Impedanz aufweist;basierend auf der Korrelation: Ermitteln, ob die gemessene Impedanz mit dem vorgegebenen Modell für den menschlichen Körper übereinstimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Körpers, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die erfasst, ob ein Sitz durch einen Körper besetzt ist.
Zusätzlich zu Airbags vorhandene Rückhaltesysteme (supplemental restrained systems, SRS) werden zunehmend eingesetzt, da sie in der Lage sind, Fahrzeuginsassen effektiv vor ernsthaften Verletzungen im Fall einer Kollision zu schützen. Ein typisches Airbagsystem umfasst einen Airbag, eine Aufblasvorrichtung und einen Zusammenstoßsensor, der ein plötzliches Abbremsen des Fahrzeugs detektiert. Um effektiv zu sein, treten bei auslösenden Airbags Geschwindigkeiten von mehr als 320 km/h (200 mph) auf, so dass sie bei kleinen Kindern oder bei Passagieren, die nicht korrekt angeschnallt sind, zu Verletzungen führen können. Um solche Verletzungen zu vermeiden, werden Fahrzeuginsassensensoren (vehicle occupant sensors) verwendet, die dabei helfen, festzustellen, ob ein Airbag bei einer Kollision aktiviert werden soll oder nicht.
Eine Anzahl verschiedener Verfahren wurden verwendet, um Fahrzeuginsassensensoren zu entwickeln. So kann beispielsweise ein Dehnmessstreifen an dem Sitz angeordnet werden, um zu ermitteln, ob sich ein Gewicht auf dem Sitz befindet. Ein Nachteil der Verwendung eines Dehnmessstreifens ist allerdings, dass der Airbag unnötig aktiviert werden kann, wenn der Sitz durch Gegenstände und Gepäck, wie beispielsweise Einkäufe, anstelle eines Insassen belegt ist.
Einige Fahrzeuginsassensensoren funktionieren durch Detektieren einer Änderung eines elektrischen oder eines magnetischen Felds in Anwesenheit eines Insassen, beispielsweise durch Verwendung eines kapazitiven Sensors oder eines induktiven Sensors, der unter dem Sitz angeordnet ist. Solche Systeme arbeiten allerdings üblicherweise bei einer einzigen Frequenz und sind daher nicht in der Lage, die Position und die Größe des den Sitz Besetzenden zu ermitteln.
Die US 6 816 077 B1 beschreibt ein Verfahren zur Detektion eines Passagiers auf einem Fahrzeugsitz. Bei diesem Verfahren wird ein elektrisches Feld im Bereich des Fahrzeugsitzes erzeugt, indem ein hochfrequentes Signal an zwei Elektroden angelegt wird. Außerdem wird der zwischen einer der Elektroden und einem Anschluss für Bezugspotential fließende Strom gemessen, wobei dieser Strom für einen unbesetzten und einen besetzten Fahrzeugsitz unterschiedlich ist.
Die DE 60 2005 002 066 T2 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Hautzustandes. Diese Vorrichtung umfasst Impedanzmessmittel zur Messung einer Impedanz der Haut und Mittel zur Bestimmung von mit einem biologischen Äquivalentmodel verbundenen Parametern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch das die Anwesenheit eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz genauer ermittelt werden kann, und ein zugehöriges System zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 11 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Körpers. Das Verfahren umfasst das Messen einer Impedanz eines Körpers, der einen Sitz besetzt, bei mehreren Frequenzen und das Vergleichen der gemessenen Impedanz des Körpers mit einem vorgegebenen Körpermodell. Das Verfahren umfasst außerdem das Ermitteln, ob das vorgegebene Körpermodell zu der gemessenen Impedanz des Körpers korrespondiert.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. In diesen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Signale mit gleicher Bedeutung.

1a veranschaulicht ein Insassendetektionsystem;
1b veranschaulicht ein herkömmliches Insassendetektionsystem;
2a-2c veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel eines Insassendetektionssystems;
3a-3f veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel eines streuenden (dispersive) Impedanzmodells für einen menschlichen Körper (human body impedance model);
4a veranschaulicht ein Beispiel eines nicht-streuenden Impedanzmodells eines menschlichen Körpers;
4b-4d veranschaulichen Vergleichskurven für Ausführungsbeispiele von streuenden und nicht-streuenden Impedanzmodellen für den menschlichen Körper;
5 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Insassendetektionssystems;
6 veranschaulicht eine Kurve für die Leistungsfähigkeit eines Ausführungsbeispiels eines Insassendetektionssystems;
7a-7b veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Insassendetektionssystem; und
8 veranschaulicht ein auf einer digitalen Signalverarbeitung (digital signal processing; DSP) basierendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die Realisierung und die Verwendung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail erläutert. Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung eine Anzahl anwendbarer erfinderischer Konzepte umfasst, die in einem weiten Bereich unterschiedlicher spezieller Zusammenhänge eingesetzt werden können. Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung und beschränken nicht den Schutzumfang der Erfindung.
Die nachfolgende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in einem speziellen Zusammenhang, nämlich einem Belegungssensor für die Aktivierung eines Airbags erläutert. Die Erfindung kann allerdings auch in anderen Zusammenhängen verwendet werden, wie z.B. für die Erfassung ob ein menschlicher oder ein anderer Körper einen vorgegebenen Platz belegt.
1a veranschaulicht ein Insassendetektionsystem 100 für einen Kraftfahrzeugsitz 102. Grundsätzlich besitzt ein Insassendetektionsystem in einem Kraftfahrzeug einen Sensor 106, der das Vorhandensein eines Körpers auf einem Fahrzeugsitz 102 detektiert. Der Sensor 106 ist üblicherweise an ein Messsystem 108 gekoppelt, das das Ausgangssignal des Sensors 106 verarbeitet und das ermittelt, ob der Sitz besetzt ist oder nicht. Basierend auf dieser Ermittlung kann eine Entscheidung getroffen werden, ob der Airbag im Fall einer Kollision aktiviert wird oder nicht.
1b veranschaulicht ein herkömmliches Insassendetektionsystem 120. Das Insassendetektionsystem 120 umfasst einen Signalgenerator 122 und einen Detektor 128, die an Elektroden E1 und E2 innerhalb des Fahrzeugsitzes 124 gekoppelt sind. Der Signalgenerator 122 gibt ein Signal mit etwa 50kHz aus, das durch den Fahrzeugsitz 124 und das Objekt 126 hindurch durch den Detektor 128 gemessen wird. Das Ergebnis der Messung wird an die Fahrzeugelektronik 130, üblicherweise ein Mikroprozessor, weitergegeben. Das Ergebnis dieser Messungen zur Detektion wird dazu verwendet, um festzulegen, ob das Airbagsystem 132 den Airbag aktiviert oder nicht.
Das Insassendetektionsystem 120 erfasst das Vorhandensein eines Objekts 126 durch eine Messung dahingehend, ob das Ausgangssignal des Signalgenerators 122 durch das Objekt 126 und dessen umgebende Koppelkapazitäten C1 und C2 an den Detektor 128 gekoppelt ist. In 1b repräsentiert das Objekt 126 einen Passagier oder ein anderes Objekt, das den Fahrzeugsitz besetzt, ein Kondensator C1 repräsentiert die Koppelkapazität zwischen einer ersten Elektrode E1 und dem Objekt 126, und ein Kondensator C2 repräsentiert die Koppelkapazität zwischen einer zweiten Elektrode E2 und dem Objekt 126.
Die Kapazität von dem Objekt 126 gegen Masse ist durch einen Kondensator C3 repräsentiert, und die parasitäre Koppelkapazität zwischen den Elektroden E1 und E2 wird durch einen Kondensator C4 modelliert. Die Kapazitäten C1, C2 und C3 liegen üblicherweise im Bereich von zwischen etwa 50pF und etwa 200pF, abhängig von der Realisierung. Die Kapazität C4 liegt üblicherweise zwischen etwa 5pF und etwa 20pF, abhängig von der Größe und der Anordnung der Elektroden E1 und E2.
Wenn das Objekt 126 ein menschlicher Körper ist, wirkt das Objekt 126 wie ein Objekt mit einer Oberfläche, die bei der Frequenz von 50kHz des Signalgenerators auf einem gleichen Potenzial (Äquipotenzial) liegt, und bewirkt so einen niedrigen Widerstand oder einen elektrischen Kurzschluss zwischen den Kapazitäten C1 und C2. Bei Frequenzen im kHz-Bereich liegen die Impedanzen der Kapazitäten C1 und C2 im MΩ-Bereich, und sind damit üblicherweise um Größenordnungen größer als die Impedanz des Objekts 126. Dementsprechend detektiert das Insassendetektionsystem 120 nur einfach das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines niedrigimpedanten Objekts auf dem Fahrzeugsitz 124.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das Vorhandensein eins menschlichen Körpers erfasst mittels Durchführen von Impedanzmessungen bei Frequenzen zwischen etwa 100kHz und etwa 10MHz. Alternativ können auch andere Frequenzbereiche verwendet werden. Bei höheren Frequenzen sind die Impedanzen der Koppelkapazitäten geringer, wodurch die Impedanz des den Sitz belegenden Menschen dominanter wird. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden eindeutige Impedanzcharakteristika des menschlichen Körpers, wie z.B. die streuende Impedanz des menschlichen Körpers (dispersive impedance of the human body), bei diesen höheren Frequenzen verwendet, um das Vorhandensein eins menschlichen Körpers zu ermitteln. Weiterhin können mehrere menschliche Impedanzmodelle dazu verwendet werden, die Sitzposition eines Insassen zu ermitteln (d.h. ob der Insasse nach vorn oder nach hinten gelehnt in seinem Sitz sitzt), oder ob der Insasse ein Erwachsener oder ein Kind ist.
Ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuginsassendetektionssystems 230 ist in 2a veranschaulicht. Ein Impedanz-Analysator 240 misst die Impedanz eines Körpers 104 auf dem Sitz 102 durch Verwendung von Elektroden 236 und 238. Das Ergebnis der Impedanzmessungen wird verglichen mit dem Impedanzmodell 250 gemäß 2b, das die Impedanz 252 des menschlichen Körpers modelliert, der Leitungsimpendanz 254 zu den Elektroden 236 und 238, und der Kapazität C_c, die die Koppelkapazitäten 232 und 234 (2a) zwischen dem Körper 104 und den Elektroden 236 und 238 modelliert. Die Impedanz 252 des menschlichen Körpers modelliert den menschlichen Körper als Kapazität C_M parallel zu einem Widerstand R_MP und in Reihe zu einem Widerstand R_MS. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Impedanzmodell 252 des menschlichen Körpers ein streuendes Impedanzmodell (dispersive impedance model), das die Impedanzcharakteristik des menschlichen Körpers modelliert.
2c veranschaulicht ein Fahrzeuginsassendetektionsystem 200. Das Detektionssystem 200 umfasst eine Messeinheit 202, eine Vergleichsanordnung 210 und ein menschliches Körpermodel 208 bzw. eine Anordnung 208, in der Werte, die ein menschliches Körpermodell repräsentieren, abgespeichert sind oder die solche Werte berechnet. Die Messeinheit 202 ist dazu ausgebildet, eine elektrische Messung eines Körpers über der Frequenz anhand der Elektroden 204 und 206 durchzuführen und eine resultierende Impedanz Z(f) auszugeben, wobei f die Frequenz in Hz ist. Alternativ kann die Messeinheit 202 eine Admittanz Y(f), s-Parameter oder andere Messgrößen elektrischer Netzwerke ausgeben. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die gemessene Impedanz Z(f) durch die Vergleichsanordnung 210 mit einer Impedanz Z_H (f) des menschlichen Körpermodells verglichen, wobei die Vergleichsanordnung 210 ein Ausgangssignal AUSGANG ausgibt, das anzeigt, ob Z(f) zu Z_H (f) korrespondiert oder nicht. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Signal AUSGANG ein binäres Logiksignal, das anzeigt, ob es eine Korrespondenz zwischen Z(f) und Z_H (f) gibt oder nicht. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Signal AUSGANG jedoch auch ein Ausgangssignal mit mehreren Zuständen oder ein numerisches Ausgangssignal sein, das ein Maß oder einen Grad der Korrelation zwischen Z(f) und Z_H (f) angibt.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vergleicht die Vergleichsanordnung 210 Z(f) mit Z_H (f) unter Verwendung eines LMS-Algorithmus (LMS = least mean square), d.h. unter Verwendung eines Algorithmus zur Ermittlung des kleinsten mittleren quadratischen Fehlers. Vor dem LMS-Vergleich können andere Verarbeitungen durchgeführt werden, so kann Z(f) beispielsweise dahingehend skaliert werden, dass es zu einer Skalierung von Z_H (f) korrespondiert, oder ein konstanter Offset von Z(f) kann entfernt werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können andere bekannte Vergleichsverfahren, wie beispielsweise die Ermittlung einer Korrelation zwischen Z(f) und Z_H (f) verwendet werden.
3a veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines menschlichen Körpermodels 300. Das Körpermodell 300 umfasst einen Widerstand R_HP, der einen Parallelwiderstand modelliert, und einen Widerstand R_HS, der einen Serienwiderstand modelliert. Das menschliche Körpermodell 300 umfasst außerdem: einen streuenden Kondensator C_M, der Muskeln modelliert; einen Kondensator C_BF, der Körperflüssigkeiten modelliert; und einen Kondensator C_F, der Körperfett modelliert. Diese streuenden Kondensatoren C_M, C_BFL und C_F, die eine frequenzabhängige Kapazität besitzen, können ausgedrückt werden durch: $C_{B F L} (ω) = ε_{0} \cdot A_{B F L} \cdot ε_{B F L} (ω)$
$C_{F} (ω) = ε_{0} \cdot A_{F} \cdot ε_{F} (ω)$
$C_{M} (ω) = ε_{0} \cdot A_{M} \cdot ε_{M} (ω),$
wobei ε₀ die Dielektrizitätskonstante in Vakuum und ε_BFL (f), ε_F (f) und ε_M (f), mit ω=2Πf, frequenzabhängige relative Dielektrizitätskonstanten von Körperflüssigkeit, Fett bzw. Muskeln sind. A_BFL, A_F und A_M sind Gewebegeometrie-Parameter für Körperflüssigkeit, Fett bzw. Muskeln. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden diese Parameter empirisch hergeleitet durch Durchführen eines Kurvenübereinstimmungsverfahrens unter Verwendung eines Verfahrens zur Ermittlung des kleinsten mittleren quadratischen Fehlers bezogen auf gemessene Daten des menschlichen Körpers (engl.: performing a curve-fit using a method of least squares to measured human body data). Der Widerstand R_HS modelliert geladene Teilchen innerhalb des menschlichen Gewebes. Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann allerdings für das streuende Impedanzmodell des menschlichen Körpers eine gemessene Impedanz Z_H (f) des menschlichen Körpers verwendet werden, ohne die Impedanz in ihre einzelnen physikalischen Parameter zu zerlegen. Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können andere Elemente oder Parameter dem Impedanzmodell 300 hinzugefügt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch andere Topologien für das Impedanzmodell 300 verwendet werden.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können Impedanzen C_COU, L_LI und R_S, die außerhalb des Modells 300 liegen, dazu verwendet werden, die Kapazität zwischen Elektrode und Körper, die Leitungsinduktivität bzw. parasitäre Reihenwiderstände zu modellieren. Vorzugsweise werden diese externen Parameter abhängig vom jeweiligen Fahrzeugsitz festgelegt, entweder durch vorgegebene Parameter oder durch Durchführen eines Kalibrierungsprozesses während der Herstellung oder während des Betriebs des Fahrzeugs. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Messeinheit 202 (vgl. 2c) im Sitz des Fahrzeugs angeordnet, und Kabellängen zum Verdrahten des Systems betragen weniger als drei Meter. Bei kurzen Kabeln ist der Impedanzbeitrag der Kabel üblicherweise geringer als der Impedanzbeitrag eines menschlichen Insassen, so dass eine Kalibrierung des Kabels selbst bei einigen Ausführungsbeispielen nicht erforderlich ist. Außerdem wird bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Entscheidung der Vergleichsanordnung 210 (vgl. 2c) bezüglich des Belegungszustandes des Fahrzeugsitzes 102 (2a) nicht basierend auf dem Absolutwert eines Modellparameters getroffen, sondern wird getroffen basierend auf der Qualität der Übereinstimmung eines menschlichen Impedanzmodells Z_H (f), d.h. der Impedanz Z_H (f) des Impedanzmodells, mit der gemessenen menschlichen Impedanz Z(f). Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, bei denen die Messeinheit 202 (2c) entfernt zum Fahrzeugsitz 102 angeordnet ist, kann eine Kalibrierung notwendig sein.
3b veranschaulicht eine Kurve der relativen Dielektrizitätskonstante der Körperflüssigkeit ε_BFL (2πf) über die Frequenz, 3c veranschaulicht eine Kurve der relativen Dielektrizitätskonstante von Körperfett ε_F (2πf) über die Frequenz, und 3d veranschaulicht eine Kurve relativen Dielektrizitätskonstante von Muskeln ε_M (2πf) über die Frequenz für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Dielektrizitätskonstanten können unter Verwendung bekannter Verfahren gemessen und/oder hergeleitet werden. Die 3e und 3f veranschaulichen einen Vergleich zwischen einer gemessenen menschlichen Impedanz und einer menschlichen Impedanz, die aus dem Impedanzmodell gemäß 3a hergeleitet ist. 3e veranschaulicht einen Vergleich des Widerstandsanteils (resistiver Anteil) R(f), und 3f veranschaulicht einen Vergleich des Blindanteils X(f), wobei Z(f) = R(f) + X(f).
Bezugnehmend auf 4a kann ein nicht-streuendes Impedanzmodell 400 für den menschlichen Körper bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wie das streuende Modell gemäß 3a umfasst das nicht-streuende Modell 400 einen Widerstand R_HP, der einen Parallelwiderstand modelliert, und einen Widerstand R_HS, der einen Reihenwiderstand modelliert. Die Kapazität des menschlichen Körpers wird allerdings durch einen einzigen Kondensator C_H modelliert. C_COU, L_IU und R_S, die außerhalb des Models 300 liegen, können dazu verwendet werden, die Kapazität zwischen der Elektrode und dem Körper, die Leitungsinduktivität bzw. parasitäre Reihenwiderstände zu modellieren. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung können andere, nicht-streuende Impedanzelemente zu dem nicht-streuenden Modell 400 hinzugefügt werden. Bei weiteren Alternativen Ausführungsbeispielen können auch andere Topologien für das nicht-streuende Impedanzmodell 400 verwendet werden.
Die 4b und 4c veranschaulichen einen Vergleich zwischen einer gemessenen menschlichen Impedanz und einer menschlichen Impedanz, die aus einem nicht-streuenden Impedanzmodell 400 gemäß 4a hergeleitet ist. 4b veranschaulicht einen Vergleich des Widerstandsanteils R(f), und 4c veranschaulicht einen Vergleich des Blindanteils X(f), wobei Z(f) = R(f) + X(f). Wie ersichtlich ist, stimmen die Vergleichsergebnisse zwischen den gemessenen und den modellierten Ergebnissen nicht so gut überein, wie bei den modellierten Ergebnissen unter Verwendung des streuenden Modells, was in den 3e und 3f veranschaulicht ist.
4d veranschaulicht einen Vergleich der Qualität des streuenden und nicht-streuenden Modells bezüglich der Restsumme der Quadrate (residual sum of squares, RSS) für die Widerstandkomponente (Realteil der Impedanzkomponente) für Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. RSS-Werte für besetzte Sitze im Vergleich zu leeren Sitzen sind dargestellt für ein streuungsfreies Modell (430 und 431), ein streuendes Drei-Parameter-Modell (432 und 433), ein streuendes Vier-Parameter-Modell (434 und 435) und ein streuendes Fünf-Parameter-Modell (436 und 437). Das streuende Drei-Parameter-Modell modelliert Fett, Körperflüssigkeit und Muskelgewebe, während das Vier- und Fünf-Parameter-Modell auch andere menschliche Impedanzparameter, wie beispielsweise Blut und Hautgewebe, modellieren. Das Vier-Parameter-Modell umfasst Fett, Körperflüssigkeit, Muskel- und Hautgewebe; und das Fünf-Parameter-Modell umfasst Fett, Körperflüssigkeit, Blut, Muskel- und Hautgewebe.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung korrespondiert ein kleinerer RSS-Wert zu einer besseren Übereinstimmung mit einem menschlichen Körpermodell bezogen auf eine Impedanzmessung. Entsprechend ist der RSS-Wert für Sitzmessungen bei belegten Sitzen 430, 432, 434 und 436 geringer als er für Messungen bei leeren Sitzen 431, 433, 435 und 437) ist. RSS-Werte für belegte sitze 432, 434 und 436 sind bei Verwendung von streuenden Modellen geringer als sie für Werte 430 bei belegten Sitzen für nicht-streuende Modelle sind. Es ist ersichtlich, dass die RSS-Messungen 432, 434 und 436 für Drei-, Vier- und Fünf-Parameter-Modelle bei einem belegten Sitz ähnlich bezüglich ihrer Größe sind. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen werden daher streuende Drei-Parameter-Modelle verwendet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können jedoch auch mehr oder weniger streuende Parameter verwendet werden. Bei anderen Anwendungen und Ausführungsbeispielen kann allerdings auch das nicht-streuende Modell ausreichend sein, um das Vorhandensein eines Körpers zu erfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Vorhandensein eines menschlichen Passagiers detektiert, wenn eine Impedanzmessung einen RSS-Wert ergibt, der unterhalb einer Grenze von 20.000 liegt, wenn ein streuendes Modell verwendet wird. Die absoluten RSS-Werte sind allerdings abhängig von den Einzelheiten des Aufbaus des Sitzes, der Elektroden und dem Messalgorithmus. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können sich bei Verwendung anderer Beispiele von Messanordnungen andere RSS-Werte ergeben. Die RSS-Schwellenwerte für die Erfassung eines menschlichen Körpers können daher für die einzelnen Ausführungsbeispiele variieren.
5 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Insassendetektionssystems 500. Dieses Insassendetektionssystem 500 umfasst eine Messeinheit 502 mit Elektroden E1 und E2. Eine Vergleichseinheit 504 umfasst n Vergleichsanordnungen 506, 508, 510 und 512. Jede dieser Vergleichsanordnungen vergleicht das Messausgangssignal Z(f) mit Werten für Impedanzmodelle Z_H1 (f) bis Z_Hn (f) des menschlichen Körpers. Jedes dieser Impedanzmodelle Z_H1 (f) bis Z_Hn (f) für den menschlichen Körper modelliert die Impedanz des menschlichen Körpers in verschiedenen Situationen. Getrennte Modelle können dazu verwendet werden, beispielsweise einen leeren Sitz, oder eine hinten oder vorn auf dem Sitz sitzende Person zu modellieren. Diese Impedanzmodelle können bei einigen Ausführungsbeispielen auch dazu verwendet werden, Personen unterschiedlicher Größe, unterschiedlichen Gewichts oder unterschiedlichen Alters zu modellieren. So kann beispielsweise ein Impedanzmodell eines kleinen Kinds dazu verwendet werden, das Vorhandensein eines kleinen Kinds zu detektieren, um zu verhindern, dass bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Airbag auslöst.
Die Ausgangssignale O₁ bis O_n stellen ein Maß eines Vergleichs zwischen einer gemessenen Impedanz Z(f) und einer Impedanz Z_H1 (f) bis Z_Hn (f) eines menschlichen Impedanzmodells bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausgangssignale können durch ein Fahrzeugelektroniksystem dazu verwendet werden, zu ermitteln, welches der menschlichen Impedanzmodelle Z_H1 (f) bis Z_Hn (f) das beste Ergebnis liefert. Bei alternativen Ausführungsbeispielen, bei denen eine Vergleichseinheit 504 ermittelt, die Impedanz welches menschlichen Impedanzmodells Z_H1 (f) bis Z_Hn (f) die größte Übereinstimmung zu der gemessenen Impedanz Z(f) besitzt, sind die Ausgangssignale O₁ bis O_n als Ausgangswort konfiguriert, das anzeigt, welches Modell das beste Ergebnis liefert. Alternativ können auch andere Ausgangsdatenformate und andere Strategien verwendet werden.
6 veranschaulicht eine Gruppe von beispielhaften Reaktanzkurven 602, 604, 606 und 608, die zu einem menschlichen Impedanzmodell einer in verschiedenen Positionen sitzenden Person korrespondieren. Kurve 608 ist eine Reaktanzkurve für einen leeren Sitz, Kurve 606 ist eine Reaktanzkurve für eine Person, die stark nach vorne gebeugt ist, Kurve 604 ist eine Reaktanzkurve für eine nach vorne gebeugte Person, und Kurve 602 ist eine Reaktanzkurve für eine Person, die aufrecht auf dem Sitz sitzt. Zugehörige, zu dem Beispiel gehörende Werte für C_COU (abgeleitet unter Verwendung eines Verfahrens zur Ermittlung des kleinsten mittleren quadratischen Fehlers) für das streuende Modell 300 (vgl. 3a) sind etwa 2,4pF für den leeren Sitz, und 126,3pF für die aufrecht sitzende Person, 7,2pF für die nach vorne gebeugte Person und 5,9pF für die stark nach vorne gebeugte Person. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Arten des verwendeten Modells und deren zugehöriges numerisches Verhalten abhängig von dem jeweiligen Ausführungsbeispiel variieren.
7a veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Insassendetektionssystems. Das Insassendetektionssystem 700 umfasst eine Messeinheit 702, eine Vergleichseinheit 710 und eine Implementierung eines menschlichen Körpermodell 712. Die Messeinheit 702 umfasst allerdings eine Anzahl von Elektroden E₁ bis E_n. Das Ausgangssignal der Messeinheit 702 ist eine gemessene Impedanzmatrix Z. Das menschliche Körpermodell 712 ist ebenfalls durch eine Impedanzmatrix Z_H repräsentiert. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind Z und Z_H n × n Matrices der Form: $Z = [\begin{matrix} Z_{11} (f) & Z_{12} (f) & \cdot \cdot \cdot & Z_{1 n} (f) \\ Z_{21} (f) & Z_{22} (f) & \cdot \cdot \cdot & Z_{2 n} (f) \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ Z_{n 1} (f) & Z_{n 2} (f) & \dots & Z_{n m} (f) \end{matrix}] {und Z}_{H} = [\begin{matrix} Z_{H 11} (f) & Z_{H 12} (f) & \cdot \cdot \cdot & Z_{H 1 n} (f) \\ Z_{H 21} (f) & Z_{H 22} (f) & \cdot \cdot \cdot & Z_{H 2 n} (f) \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ Z_{H n 1} (f) & Z_{H n 2} (f) & \dots & Z_{H n m} (f) \end{matrix}]$
Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nicht alle Elemente von Z verwendet. Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Messeinheit 702 andere Arten von Matrices ausgeben, wie z. B. eine Admittanz-Matrix Y, oder beispielsweise eine andere Matrix.
7b veranschaulicht ein Beispiel einer Elektrodenkonfiguration für einen Fahrzeugsitz 730, die dazu verwendet werden kann eine zuvor erläuterte Impedanzmatrix für das Ausführungsbeispiel gemäß 7a zu ermitteln. Die Elektroden 732, 734, 736 und 738 sind an der Lehne 730 des Sitzes angeordnet, und die Elektroden 740, 742, 744 und 746 sind an der Sitzfläche des Sitzes 730 angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden unterschiedliche Potentiale an die unterschiedlichen Elektroden angelegt. So wird beispielsweise ein hohes Potential und/oder ein hoher Strom an die Elektroden 732, 736 und 734 angelegt, und ein niedriges Potential und/oder ein niedriger Strom wird an die Elektroden 742 und 746 angelegt, und die Elektroden 738, 740 und 744 sind floatend. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen liegen Effektivwerte der hohen Potentiale und Ströme im Bereich von etwa 1V bzw. 10mA; und Effektivwerte niedriger Potentiale und Ströme liegen im Bereich von etwa 5mV bzw. 100µA. Bei alternativen Ausführungsbeispielen sind diese hohen und niedrigen Potentiale und Ströme allerdings unterschiedlich, nämlich abhängig von der jeweiligen Anwendung. Eine Impedanzmatrix wird unter Verwendung der Elektroden 732, 734, 736, 738, 740, 742, 744 und 746 abgeleitet. Jede einzelne Elektrode kann zu einem Eintrag in der Impedanzmatrix führen, der mit Modellimpedanzen verglichen wird. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können allerdings auch andere Elektrodenkonfigurationen, andere Potentiale und/oder Ströme, andere Elektrodenzuordnungen und andere Anzahlen von Elektroden verwendet werden.
8 veranschaulicht ein Beispiel einer Realisierung eines Insassendetektionssystems 800. Das Insassendetektionssystem umfasst Elektroden E1 und E2, Analogschaltungen 802, Analog-zu-Digital-(A/D)-Wandler 804, Digital-zu-Analog-(D/A)-Wandler 806 und einen digitalen Signalverarbeitungsblock (DSP-Block) 808. Der Ausgang des DSP-Blocks 808 ist an die Fahrzeugelektronik 810 gekoppelt, die wiederum an das Airbagsystem 812 gekoppelt ist. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bilden die Elektroden E1 und E2, die Analogschaltung 802, der A/D-Wandler 804, der D/A-Wandler 806 und ein Teil des DSP-Blocks 808 die Impedanzmesseinheit 801. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt der DSP-Block 808 beispielsweise ein digitales mit der Frequenz variierendes Testsignal, wie beispielsweise ein in seiner Frequenz variierenden Sinussignal, und gibt das Testsignal an den D/a-Wandler 806 aus. Der D/a-Wandler 806 wandelt das digitale Testsignal in ein Analogsignal und gibt das Signal an die Analogschaltung 802 aus, die Schaltungsmittel umfasst, das Testsignal an eine der oder an beide Elektroden E1, E2 weiterzugeben.
Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst der analoge Schaltungsteil 802 auch Schaltungsmittel, wie beispielsweise Verstärker, Filter oder andere analoge Signalverarbeitungsschaltungen, um Signale von einer der oder von beiden Elektroden E1 und E2 zu empfangen und zu verstärken, um vorbereitete empfangene Signale an den A/D-Wandler 804 auszugeben. Der Analogteil 802 kann auf herkömmliche Weise realisiert sein. Der A/D-Wandler 804 wandelt die aufbereiteten digitalen Signale in digitale Signale zur Verarbeitung durch den DSP-Block 808. In Kenntnis der übertragenen und empfangenen Signale leitet der DSP-Block 808 vorzugsweise Körperimpedanzen aus diesen Signalen ab. Diese abgeleiteten Körperimpedanzen können dann in einem internen oder einem externen Speicher des DSP abgespeichert werden.
Der DSP 808 kann auch dazu ausgebildet sein, als Vergleichsblock 803 bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu dienen. Impedanzmodelle - bzw. Parameter, die diese Impedanzmodelle repräsentieren - für den menschlichen Körper werden im internen und/oder externen Speicher des DSP 808 gespeichert und werden mit gespeicherten Werten von gemessenen Impedanzen verglichen. Der DSP 808 ist dazu ausgebildet, einen Algorithmus auszuführen, um zu ermitteln, ob die gemessene Körperimpedanz ausreichend zu einem abgespeicherten Impedanzwert eines Impedanzmodells des menschlichen Körpers korreliert. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird der mittlere quadratische Fehler zwischen der gemessenen und der modellierten Impedanz berechnet. Eine Ermittlung, ob der Airbag aktiviert werden soll oder nicht, wird durch die Fahrzeugelektronik 810 basierend auf der für die Messung verwendeten Elektrodenkonfiguration, dem mittleren quadratischen Fehler zwischen der gemessenen und der modulierten Impedanz, dem Modellparameter C_c und dem Modellparameter R_HS getroffen. Alternativ kann die Ermittlung, ob der Airbag aktiviert werden soll, durch den DSP 808 durchgeführt werden.
Es ist außerdem ersichtlich, dass bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung andere Architekturen dazu verwendet werden, um das Insassendetektionssystems zu realisieren. Ein komplett analoges System, ein digitales System, das eine zentrale Recheneinheit (CPU) oder einen Mikroprozessor verwendet, um Teile des Systems zu implementieren, oder andere Kombinationen von analogen und digitalen Schaltungen können verwendet werden. So kann beispielsweise der D/A-Wandler 806 durch einen digital gesteuerten Oszillator ersetzt werden, oder eine analoge oder „Mixed-Signal“-Schaltung kann dazu verwendet werden, zu entscheiden, ob das menschliche Körpermodell sehr stark zu der gemessenen Impedanz korrespondiert.
Abschließend sei darauf hingewiesen, das Merkmale, die im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel erläutert wurden, auch dann mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, wenn dies zuvor nicht explizit erwähnt wurde.

Claims

Verfahren zum Erfassen eines Vorhandenseins eines menschlichen Körpers auf einem Fahrzeugsitz, das aufweist: Messen einer Impedanz eines Fahrzeugsitzes, wobei das Messen der Impedanz Impedanzmessungen innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs über der Frequenz umfasst; Ableiten einer gemessenen Impedanz basierend auf der Messung der Impedanz; Korrelieren der gemessenen Impedanz mit einem vorgegebenen Modell für einen menschlichen Körper, das für wenigstens zwei der mehreren Frequenzen des vorgegebenen Frequenzbereichs definiert ist, wobei das vorgegebene Modell für den menschlichen Körper eine streuende Impedanz aufweist; basierend auf der Korrelation: Ermitteln, ob die gemessene Impedanz mit dem vorgegebenen Modell für den menschlichen Körper übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Messen der Impedanz (Z(f)) des Körpers das Messen der Impedanz des Körpers unter Verwendung einer Anzahl von Elektroden umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Messen der Impedanz (Z(f)) des Körpers das Erzeugen einer Messmatrix (Z) basierend auf der Messung umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Vergleichen ein Übereinstimmungsermittlungsverfahren umfasst, um zu ermitteln, ob die Impedanz (Z_H (f)) das vorgegebenen Körpermodells zu der gemessenen Impedanz (Z(f)) des Körpers korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Übereinstimmungsermittlungsverfahren die Anwendung eines LMS-Algorithmus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Übereinstimmungsermittlungsverfahren das Berechnen einer Restsumme von Quadraten (RSS) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das streuende Impedanzmodell eine frequenzabhängige Kapazität oder Dielektrizitätskonstante umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst: Vergleichen der gemessenen Impedanz (Z(f)) des Körpers mit den Impedanzen (Z_H (f)) von mehreren vorgegebenen Körpermodellen; und Ermitteln des Körpermodells, dessen Impedanz ((Z_H(f)) am stärksten zu der gemessenen Impedanz (Z(f)) des Körpers korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem eines der Anzahl der Körpermodelle einen auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Erwachsenen repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der vorgegebene Frequenzbereich wenigstens eine Frequenz größer als 1 MHz umfasst.
System zum Ermitteln des Vorhandenseins eines menschlichen Körpers auf einem Fahrzeugsitz, wobei das System aufweist: eine Impedanzmesseinheit (202), die eine Anzahl von Elektroden (204, 206) umfasst, wobei die Impedanzmesseinheit (202) dazu ausgebildet ist, eine gemessene Impedanz eines Fahrzeugsitzes (Z(f)) auszugeben, die die Ergebnisse von Impedanzmessungen innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs über der Frequenz umfasst; eine Vergleichseinheit (210), die aufweist: einen ersten Eingang, der an einen Ausgang der Impedanzmesseinheit (202) gekoppelt ist, einen zweiten Ausgang, der an eine Einheit (208) gekoppelt ist, die die Impedanz (Z_H (f)) wenigstens eines Körperimpedanzmodells bereitstellt; und einen Ausgang zum Bereitstellen eines Ausgangssignals (OUTPUT), das dazu ausgebildet ist, eine Korrelation zwischen der Impedanz (Z_H (f)) des Körperimpedanzmodells und der gemessenen Impedanz (Z(f)) des Fahrzeugsitzes anzuzeigen, wobei das Körperimpedanzmodell ein menschliches Körperimpedanzmodell ist, das eine streuende Impedanz aufweist.
System nach Anspruch 11, bei dem das menschliche Körperimpedanzmodell eine frequenzabhängige kapazitive Komponente aufweist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei dem die Einheit (208) Impedanzen zu mehreren menschlichen Körperimpedanzmodellen bereitstellt.
System nach Anspruch 13, bei dem das Ausgangssignal (OUTPUT) dazu ausgebildet ist, anzuzeigen, welches der mehreren Körpermodellen am stärksten zu der gemessenen Körperimpedanz korrespondiert.
System nach Anspruch 13 oder 14, bei dem ein erstes der mehreren Modelle ein Modell eines auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Erwachsenen repräsentiert, und ein zweites der mehreren Modelle ein Modell eines auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Kindes repräsentiert.
System nach Anspruch 14, bei dem die Vergleichseinheit (210) einen LMS-Algorithmus dazu verwendet, um zu ermitteln, welches der mehreren Modelle am stärksten zu der gemessenen Körperimpedanz korrespondiert.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die Impedanzmesseinheit (202) außerdem einen Signalgenerator aufweist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem: die Impedanzmesseinheit (202) wenigstens drei Elektroden aufweist; die Impedanzmesseinheit (202) dazu ausgebildet ist, die gemessene Körperimpedanz in Form einer Matrix auszugeben.
System nach Anspruch 18, bei dem die Matrix eine Admittanzmatrix ist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem die Vergleichseinheit (210) in einer integrierten Schaltung angeordnet ist.
System nach Anspruch 20, bei dem die Vergleichseinheit einen digitalen Signalprozessor (DSP) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 21, bei dem die Elektroden an einem Fahrzeugsitz angeordnet sind.