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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Sitzes eines Fortbewegungsmittels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine zusätzlich zu bekannten Positionsermittlungsverfahren verwendbare redundante Weise zur Ermittlung der Position eines Sitzes.
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Die Sitze in einem Kraftfahrzeug können longitudinal (in Fahrtrichtung) verstellt werden, damit die Insassen die Sitzposition an ihre Körpergröße anpassen können. Einfache Sitze lassen sich nur mechanisch verstellen. Des Weiteren gibt es immer häufiger die Möglichkeit zur elektrischen Verstellung der Sitzposition.
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Oft wird die Position der Sitze nicht erfasst. Es gibt aber bereits Systeme, die die Position erfassen (z.B. um den Beifahrersitz synchron zum Fahrersitz einzustellen). Die Positionsbestimmung erfolgt dabei typischerweise über die Drehzahlmessung/Bestimmung der Umdrehungsanzahlen der elektrischen Motoren oder über eine Signalauswertung der Pulse bei Verstellung (z.B. optische- oder Hall-Sensorik). Letztendlich können fest definierte Positionen mittels Positionsschalter erkannt werden.
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Die Sitzposition findet zunehmend an Bedeutung. Zukünftig werden viel mehr Möglichkeiten angeboten, die Sitze auch während der Fahrt zu verstellen, so ist z.B. angedacht, den Insassen eine andere Sitzposition beim automatisierten Fahren zu ermöglichen (z.B. Komfort bzw. Relax Position). Zukünftig kann es auch möglich sein, die Sitze zu rotieren (z.B. um in Richtung Fond-Passagiere zu schauen) oder stärker zu neigen (z.B. Liegeposition).
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Durch die steigenden Möglichkeiten, die Sitzposition zu verstellen ergeben sich aber Herausforderungen an den Personen-Insassenschutz. Z.B. ist die Liegeposition während der Fahrt aktuell nicht erlaubt, weil u.U. die Sicherheitsgurte in dieser Position nicht richtig funktionieren. Die Person könnte z.B. unter dem Gurt durchrutschen. Wenn aber „Liegen“ in Zukunft erlaubt wird, müssen sich die Rückhaltemittel an die jeweilige Situation bzw. Position der Insassen (auf den Sitzen) anpassen. Eine aktuell in der Entwicklung befindliche Lösung ist die „schnelle Sitzverstellung“ d.h. im Crashfall (oder unmittelbar davor d.h. im PreCrash Fall) wird der Sitz in ein Crash-optimierte aufrechte Position gebracht. Durch die kurze zur Verfügung stehende Zeitspanne muss dies sehr schnell erfolgen. Zusätzlich muss die aktuelle Sitzposition sehr genau bekannt sein.
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Eine schnelle Sitzlängsverstellung, die deutlich über der Komfort-Verstellgeschwindigkeit liegt, kann mit einem Einklemmschutz kombiniert werden. Weiter muss auch nach vielen Verstellzyklen die absolute Sitzposition bekannt sein (s. ), um beispielsweise die Gefahr der Zerstörung der Mechanik durch eine falsche Aktivierung zu reduzieren. Fährt man z.B. mit voller Geschwindigkeit/Kraft in die Wegbegrenzung, kann das System (Motor, Getriebe, Mechanik, Elektrik etc.) Schaden nehmen.
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Aktuelle Lösungen zur Positionsmessung sind teilweise zu ungenau, weil die absolute Positionsmessung, insbesondere über mehrere Sitzverstellungsvorgänge hinweg, nur grob geschätzt wird (d.h. es wird die relative Vor-Zurück Strecke aufsummiert). Dieses System der vorliegenden Erfindung bietet eine absolute Positionierung (unabhängig von der Vor- Zurück Strecke).
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Für viele sicherheitsrelevante Systeme wird auch eine Redundanz gefordert. Daher ist die Messung der Position mit nur einem Ansatz (z.B. über die Stellmotoren) nicht mehr ausreichend.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist eine ultraschallbasierte Vorrichtung, die als redundantes System zur üblichen direkt in der Sitzverstellung angesiedelten Sitzstellungsbestimmung dienen kann. Durch Nutzung eines separaten US-Senders und eines zusätzlichen US-Empfängers kann ein sehr gutes Signal erzeugt, mit gutem SNR empfangen und ausgewertet werden, um z.B. Distanzen zu messen.
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Des Weiteren können zusätzliche Informationen erfasst werden (z.B. Befindet sich ein Gegenstand im Fußraum).
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Die vorliegende Erfindung bietet eine redundante Messung der Position zu den genannten Verfahren (Schalter-Signale / Umdrehungs-Puls-Auswertung). Anders ausgedrückt ist Gegenstand der Erfindung eine ultraschallbasierte Vorrichtung, die als redundantes System zu in der Sitzverstellung angesiedelten Systemen (Positionsschaltern oder Signalauswertung der Pulse bei Verstellung, Hall Sensorik) dienen kann. Die Abstandsmessung mittels Ultraschall ist grundsätzlich bekannt (oder signalaussendende Sensoren, wie z.B. Radar, LiDAR „Time of Flight“-Messprinzip).
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Ein Fortbewegungsmittel, dessen Sitz bezüglich seiner Position erfindungsgemäß untersucht wird, kann beispielsweise ein PKW, Transporter, LKW, Luft- und/oder Wasserfahrzeug sein. In einem ersten Schritt wird ein vordefiniertes Ultraschallsignal, welches eine veränderliche Strecke zwischen einer vordefinierten, ortsfest bezüglich einer Karosserie des Fortbewegungsmittels angeordneten ersten Position und einer vordefinierten, ortsfest bezüglich des (beweglichen Teils des) Sitzes angeordneten zweiten Position durchlaufen hat, empfangen. Mit anderen Worten durchquert das Ultraschallsignal, welches eigens hierfür erzeugt worden ist, eine Luftstrecke, deren Länge von der Position des Sitzes abhängt. Anders ausgedrückt repräsentiert die Laufzeit/die Laufstrecke des Ultraschallsignals eine Längsposition des Sitzes. Anschließend wird eine relative Position des Sitzes (bzgl. des Fortbewegungsmittels bzw. dessen Karosserie) anhand des Ultraschallsignals in Verbindung mit einer vordefinierten Referenz ermittelt. Die Referenz kann beispielsweise eine gemessene Laufzeit kategorisieren und somit einer vordefinierten Sitzposition zuordnen. Anhand der ermittelten Laufzeit des Ultraschallsignals kann somit die Längsposition des Sitzes ermittelt werden. Der Sitz kann ein Fahrersitz oder ein Beifahrersitz des Fortbewegungsmittels sein. Er kann sich in der ersten, zweiten, dritten oder jeder anderen Sitzreihe des Fortbewegungsmittels befinden. Insbesondere kann der Sitz sich aus einer im Wesentlichen horizontalen Position in eine im Wesentlichen aufrechte Position bewegen können, um im Falle eines Erfordernisses eine am besten geeignete bzw. Crash-sichere Sitzposition für einen Insassen bereitzustellen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine weitere (insbesondere redundante) Möglichkeit zur Ermittlung einer Sitzposition innerhalb eines Fahrzeugs bereitgestellt werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Beispielsweise kann die erste Position diejenige sein, an welcher das Ultraschallsignal ausgesendet wird, wobei an der zweiten Position das Ultraschallsignal empfangen wird. In Abhängigkeit einer Entfernung der beiden Positionen zueinander ergibt sich eine messbare Laufzeit, welche anhand der vordefinierten Referenz zur Ermittlung der relativen Sitzposition verwendet werden kann. Wenn das Ultraschallsignal an der zweiten Position auch erzeugt wird, kann das Ultraschallsignal an der ersten Position lediglich reflektiert werden und auch an der zweiten Position empfangen werden. In diesem Fall ergibt sich eine doppelte Laufzeit für das Ultraschallsignal, da die variable Strecke zweifach durchlaufen wird. Selbstverständlich kann das Ultraschallsignal auch an der zweiten Position reflektiert werden, wenn es an der ersten Position ausgesendet und empfangen wird. Alternativ kann das Ultraschallsignal an der zweiten Position ausgesendet und an der ersten Position empfangen werden. Im Stand der Technik ist bekannt, dass Ultraschallwandler sowohl als Sendeempfänger als auch als Sender ausgestaltet sein können. Insbesondere für den Fall, dass das Ultraschallsignal an derselben Position sowohl gesendet als auch empfangen wird, bietet sich die Verwendung eines Sendeempfängers aus Bauraumgründen an.
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Das Erfindungsgemäße Verfahren kann eine Ermittlung eines Luftdruckes und/oder einer Lufttemperatur und/oder einer Luftfeuchtigkeit für die Ermittlung der Sitzposition umfassen. Diese kann sensorisch, beispielsweise durch Innenraumsensoren eines Fortbewegungsmittels, erfolgen. Da die Laufzeit des Ultraschallsignals von der Strecke und der Schallgeschwindigkeit abhängt, können die ermittelten Lufteigenschaften -als Parameter in der vordefinierten Referenz berücksichtigt-, welche die Schallgeschwindigkeit beeinflussen können, verwendet werden, um einen möglichst geringen Fehler bei der Positionsermittlung zu machen.
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Die vordefinierte Referenz kann eine Charakteristik des Ultraschallsignals einer vordefinierten Position des Sitzes zuordnen. Hierbei kann das Verhalten des Ultraschallsignals, welches empfangen wird, über der Zeit analysiert werden und sein Zeitverlauf eine Auskunft über die vordefinierte Position des Sitzes geben. Beispielsweise kann eine Amplitude und/oder ein Amplitudenverlauf des Ultraschallsignals darüber Auskunft geben, wie weit die durchlaufene Strecke zwischen Sender und Empfänger war und auf die Position des Sitzes geschlossen werden. Selbstverständlich kann dies zusätzlich oder alternativ zu einer Laufzeitmessung ausgewertet werden. Insbesondere für den Fall, dass sich der Empfänger bzw. der Reflektor im Zuge einer Längsverstellung des Sitzes aus einer Mittellängsachse der Abstrahlrichtung des Ultraschallsenders herausbewegt, kann die Amplitude und/oder ihre Zeitcharakteristik über der Zeit und/oder über dem Verstellweg des Sitzes stark variieren. Dieser Effekt kann genutzt werden, um bei geringen Bewegungen des Sitzes stark voneinander unterschiedliche und damit gut voneinander zu unterscheidende Signale zu erhalten. Insbesondere kann eine entsprechende Geometrie eines Reflektors an der ersten oder zweiten Position dazu führen, dass selbst bei geringen Verstellwegen stark voneinander abweichende Signalcharakteristika und/oder Amplituden empfangen werden.
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Insbesondere für den Fall, dass aufgrund einer akuten Notwendigkeit zur Anpassung der Position des Sitzes eine automatische Sitzverstellung erfolgen soll, kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren zur Sitzpositionserkennung auszuführen. Insbesondere kann eine redundante Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu herkömmlichen/anderen Verfahren eine größtmögliche Sicherheit einer korrekten Sitzpositionsermittlung bieten. Beispielsweise kann also aufgrund einer Fahrsituation mit Kollisionsrelevanz (pre-crash-Fall) eine Soll-Position für den Sitz gefunden werden. In Abhängigkeit der erfindungsgemäß unterstützt ermittelten Sitzposition kann nun ein Aktuator zur Anpassung der relativen Sitzposition des Sitzes zwischen der Ermittlung der Notwendigkeit und einer unmittelbar darauffolgenden Kollision des Fortbewegungsmittels dazu führen, dass eine bis zur Kollision verbleibende Zeitspanne bestmöglich für die Einstellung der Soll-Position genutzt werden kann. Hierdurch können die auf die Sitzverstellungsmechanik wirkenden Kräfte, die im Aktuator (z.B. Elektromotor, Pyro-Aktuator, o.ä.) auftretenden Kräfte minimiert und erforderlichenfalls ein im Verstellweg befindliches Hindernis analysiert, kategorisiert und bei der Sitzverstellung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, dass das Hindernis keine Anpassung der Verstellkräfte erfordert. Alternativ kann ermittelt werden, dass das Hindernis deformiert oder im Zuge der Sitzverstellung aus seiner aktuellen Position herausgeschoben werden muss. Entsprechend kann die Ansteuerung des Aktuators angepasst werden, um die Soll-Position des Sitzes rechtzeitig zu erreichen oder der Anwender zur Entfernung des Hindernisses aufgefordert werden.
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Grundsätzlich kann die Sitzposition durch den Abstand zweier Punkte, von denen der erste einen am Boden/Bodengruppe des Fahrzeugs fixierten Sensor und der zweite einen am beweglichen Teil des Sitzes fixierten Sensor aufweist, ermittelt werden. Durch die bekannten geometrischen Zusammenhänge kann der longitudinale Abstand auch dann berechnet werden, wenn die Einbauposition bzw. tatsächliche Position der beiden Sensoren einen Höhenunterschied aufweisen. Der Höhenunterschied ist konstruktionsbedingt konstant und im Vorfeld bekannt, so dass sich bezüglich der vom Ultraschall durchlaufenen Wegstrecke, der Höhendifferenz und der Richtung der Sitzverstellung z.B. ein rechtwinkliges Dreieck mit bekannten geometrischen Zusammenhängen ergibt. Die Abstandsmessung mittels Reflexion/Echos des emittierten Signals ist die gängige Methode für Ultraschall. D.h., dass ein Schallsignal (gepulst oder moduliert) ausgesendet und die Laufzeit („Time of Flight“) proportional der Entfernung zwischen Objekt und Sensor (durch Hin- und Rückweg wird die doppelte Entfernung gemessen) ermittelt wird. Der Einsatz eines klassischen Ultraschall-Sensors (mit Echo-Prinzip) wäre denkbar, jedoch vergleichsweise herausfordernd. In dem hier adressierten Bauraum (z.B. unter einem Fahrzeugsitz) befinden sich viele Strukturen, welche den Schall reflektieren können. Es ist somit schwer, die Sitzposition zu ermitteln, da nicht bekannt ist, wo genau der Schall unter dem Sitz reflektiert wird. Durch Verschieben des Sitzes ändert sich auch der Winkel zwischen den Strukturen bzw. zwischen den Achsen von Sender und Empfänger, wodurch je nach Sitzposition unterschiedliche Strukturteile des Sitzes erfasst werden können. Dies kann dazu führen, dass ein Reflexionspunkt auf dem Sitzgestell bzw. dem Reflektor „wandern“ kann, was eine genaue Sitzpositionsschätzung erschwert, grundsätzlich jedoch nicht unmöglich macht. Eine Puls-Echo-Messung ist dennoch möglich, indem bewusst ein starker Reflektor (z.B. ein schallharter Parabolspiegel, Tripel-Spiegel) an einem vordefinierten Punkt montiert wird.
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Dieser Reflektor muss die Eigenschaft aufweisen, wesentlich stärker als die übrigen Strukturen zu reflektieren. Insbesondere sollte dieser Punkt früher als die anderen Strukturen reflektieren, um ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erzielen. Zusätzlich können die umgebenden Strukturen schallabsorbierend ausgestaltet/verkleidet werden. Beispielsweise können diese beschichtet, lackiert, mit Gummi, Textil, Schaumstoff o.ä., überzogen werden. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, das Echo eines gewünschten Punktes (d.h. Reflektors) zu erfassen, weil dieser sich in der Amplitude deutlich vom Rest unterscheidet. Durch Nutzung eines separaten Ultraschallsenders und eines zusätzlichen Ultraschallempfängers kann dagegen ein sehr gutes und zuverlässiges Signal-zu-Rausch-Verhältnis bzw. Empfangssignal erzeugt werden. Durch ein Steuergerät können Sender und Empfänger synchronisiert bzw. gemeinsam angesteuert werden. Eine direkte Messung von Sender und Empfänger bietet ein vielfach stärkeres Signal als nach einer Reflexion an einem Ort. Die trotzdem vorhandenen Echos durch Reflexion an den Sitzstrukturen sind um ein Vielfaches geringer als das eigentliche Nutzsignal, was zu einem wesentlich höheren Nutzsignal-zu-Rausch-(SNR)-Verhältnis führt, wodurch die Distanzmessung sehr exakt wird. Der Sender kann sowohl an der ersten Position als auch an der zweiten Position eingebaut sein. Der Sender muss den Schall emittieren (z.B. mittels einer Ultraschall-Membran bzw. eines Lautsprechers) und der Empfänger muss das Signal lediglich empfangen (z.B. mittels eines Mikrofons). Es ist auch möglich, Sender und Empfänger im Wechselbetrieb zu betreiben, wobei zunächst an einer Position gesendet und an einer zweiten Position empfangen wird und anschließend an einer zweiten Position gesendet und an einer ersten Position empfangen wird. In diesem Fall benötigen beide Positionen einen Sendeempfänger (Transmitter und Empfänger), insbesondere in einem Bauteil (wie z.B. im Ultraschallparkpilot-Sensor realisiert). Ein Wechselbetrieb erhöht die Sicherheit, weil die Sitzstrukturen abhängig der Schallrichtung unterschiedliche Störungen aufweisen.
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Es gibt verschiedene Ausführungsvarianten für die Einbauposition. Die direkte Achse (Verbindung oder Sichtverbindung) zwischen Sender und Empfänger muss jedoch stets frei sein. Befindet sich ein Objekt zwischen den Sensoren, ist eine direkte Abstandsmessung nicht möglich. Dieser Fehlerfall kann jedoch rechtzeitig erkannt werden. Durch die dreidimensionale Schallausbreitung können die Reflexionen an der Umgebung erfasst werden, wodurch die Laufzeit sozusagen „über Bande“ ermittelt wird. In diesem Fall muss jedoch auch erkannt werden, in welcher Position die Reflexion erfolgt ist, um die Laufstreckenlänge zu kennen und die Laufzeit in eine Sitzposition umrechnen zu können. Allerdings ist die Signalamplitude in diesem Fall deutlich reduziert und kann daher von einem direkten Signallaufweg bereits aufgrund der stark veränderten (reduzierten) Amplitude unterschieden werden. Über die Signalstruktur bzw. das Signalmuster kann auf die Art und die Größe eines Hindernisses im direkten Übertragungsweg (also auf der optischen Achse zwischen Sender und Empfänger) rückgeschlossen werden. Je nach Einbauvariante kann es auch von Vorteil sein, zu erkennen, ob sich ein Hindernis im Weg befindet. Insbesondere im Fall der Messung unter dem Sitz sollte sich kein Hindernis unter dem Sitz befinden. Ein Hindernis unter dem Sitz könnte bei einer Sitzverstellung einklemmen und die Sitzverstellung vereiteln. In diesem Fall könnte der Fahrer in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Hindernis automatisch aufmerksam gemacht werden. Auch in den anderen Fällen (z.B. Einklemmschutz hinter dem Sitz) oder Beinposition vor dem Sitz könnte das jeweilige Objekt erfasst und die Informationen in weiterführenden Schritten bzw. anderen Systemen verwendet werden. Durch die dreidimensionale Schallausbreitung und die sich bewegenden Beine kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass die Sitzposition dennoch erfasst werden kann. Wenn das Sichtfeld durch die Beine verdeckt ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Sitzposition sich nicht verändert hat. Sobald die Beine sich bewegen und wieder für einen kurzen Moment freie Sicht herrscht, kann die Sitzpositionsschätzung aktualisiert werden. Zusätzlich ist bekannt, wenn der Sitz sich bewegt hat (z.B. Aktivieren von Schaltern durch den Anwender, Ansteuerung der Stellmotoren etc.), d.h., nur wenn die Beine die Sicht komplett verdecken und der Sitz sich gleichzeitig verstellt, ist die Positionsschätzung unzureichend. Dann muss auf die herkömmliche Positionsermittlung (Stellmotorposition) zurückgegriffen werden, bis erneut freie Sicht herrscht.
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Das System kann auch erweitert werden, um die Rotation des Sitzes zu erfassen. Durch einen Sender oder Sendeempfänger an der ersten Position (Bezugspunkt fest am Boden) und zwei weitere Bezugspunkte (beweglich am Sitz) mit Reflektoren oder Empfängern um die Rotationsachse befestigt am drehbaren Sitz ist eine Winkelschätzung in analoger Weise möglich. Durch die geometrischen Zusammenhänge lassen sich so Winkel und zusätzlich der Abstand (wie zuvor) vom Sitz ermitteln.
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Auch hier sind verschiedene Ausführungsvarianten (Sender-Empfänger-Tausch, Reflektoren, eine Position am Boden und eine oder mehrere Positionen am Sitz oder eine Position am Sitz und eine oder mehrere Positionen am Boden, etc.) denkbar.
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Für die Signalmodulation gibt es unterschiedliche Varianten:
- • Senden von kurzen Ultraschallpulsen („klassische Variante“)
- • Dauerhaftes frequenzmoduliertes Signal („FMCW“)
- • Amplitudenmoduliertes Signal
- • Moduliertes Signal (Sinus oder stochastisches Signal) für Korrelationsverfahren
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Durch die Trennung von Sender und Empfänger kann der Sender praktisch dauerhaft Senden (das Senden muss nicht unterbrochen werden) und somit das Signal-zu-Rausch-Verhältnis sehr vorteilhaft beeinflusst werden. Auf diese Weise können unmittelbar kleinste Bewegungen erfasst werden.
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Als Ultraschall werden Frequenzen über 20 kHz bezeichnet. Das Signal breitet sich mit der Schallgeschwindigkeit aus (in Luft bei Raumtemperatur c=344,8 m/s). Durch die Signalausbreitung mittels Schallgeschwindigkeit ergibt sich so eine periodische Wiederholung vom Signal, abhängig von der Trägerfrequenz (z.B. bei f=34,48 kHz bzw. Periodendauer von 0,029 ms und c=344,8 m/s ist die Wellenlänge 1 cm). Bei einem dauerhaften Senden können kontinuierlich kleinste Bewegungen erfasst werden, aber es entstehen Mehrdeutigkeiten über Entfernungen größer als eine Wellenlänge (das Signal wiederholt sich jede Periode), doch diese Mehrdeutigkeit lässt sich unterbinden. Beispielsweise gibt es hierzu zwei Möglichkeiten:
- • Auf- und Abzählen der ganzen Perioden (setzt voraus, dass die Signalabtastung deutlich schneller erfolgt (bzw. durch Aliasing mindestens doppelt so schnell), als die Dauer, die der Sitz mit maximaler Geschwindigkeit benötigt, um eine Wellenlänge (z.B. 1 cm) zu passieren, z.B. wird der Sitz mit maximal 1 m/s verstellt, muss das Signal mit mind. 200 Hz abgetastet werden;
- • Modulation/Codierung des Signals (in Frequenz oder Amplitude).
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Das hier gezeigte Prinzip lässt sich analog auf alternative „Time-of-Flight-Sensoren“ übertragen. Es ist z.B. denkbar, die gleiche Lösung mittels Radar zu realisieren. Eine Synchronisation zweier Radar-Sensoren ist technisch wesentlich aufwendiger (die Oszillatoren z.B. 60 GHz müssen synchron laufen), lässt sich jedoch grundsätzlich realisieren. Eine gute Alternative ist eine optische Messung (z.B. mittels LiDAR) mittels einer LED und einer Fotodiode. Beide könnten auf analoge Art und Weise den Abstand ermitteln. Im Unterschied zu Ultraschall steigt aber die Anforderung an die Laufzeitmessung, weil die Laufzeit von Licht (c~=300.000.000 m/s) deutlich kürzer als von Schall (c~=340 m/s) ist. Aufgrund der Verstellung der Sitzposition veränderte Laufzeiten sind hier sehr viel aufwendiger voneinander zu unterscheiden. Typischerweise kann bei LiDAR (Sender gleich Empfänger) die Phasenverschiebung des gesendeten und empfangenen modulierten Signals sehr robust ausgewertet werden. Dies kann auch bei verteilten Systemen angewendet werden, wenn die Systeme eine gemeinsame Referenzzeit aufweisen. Eine gemeinsame Zeit („Time Base“) auszuhandeln, ist eine bekannte und gelöste Fragestellung für verteilte Computersysteme. Ein optischer Retro-Reflektor (z.B. Katzenauge) stellt bei der einfachen (Sender gleich Empfänger) LiDAR-Anordnung allerdings eine unkompliziertere Alternative dar.
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Ein Hindernis zwischen Sender und Empfänger in der veränderlichen Wegstrecke kann anhand des (ausbleibenden oder ungewöhnlich schwachen) Empfangssignals erkannt werden. Im Ansprechen darauf kann eine Aufforderung an den Anwender / Insassen ergehen, das Hindernis (Taschen, Koffer, Körperteile, o.ä.) zu entfernen, um im Bedarfsfall rasch den Sitz verstellen zu können.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position eines Sitzes eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger (welcher identisch mit dem Sender sein kann) und eine Auswerteeinheit. Der Ultraschallempfänger ist eingerichtet, ein vom Ultraschallsender ausgesandtes Ultraschallsignal (bzw. dessen Reflexion) zu empfangen, welches eine veränderliche Strecke zwischen einer vordefinierten, ortsfest bezüglich einer Karosserie des Fortbewegungsmittels angeordneten ersten Position und einer vordefinierten, ortsfest bezüglich des Sitzes angeordneten zweiten Position durchlaufen hat. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, auf Basis des empfangenen Ultraschallsignals eine relative Position des Sitzes anhand einer vordefinierten Referenz zu ermitteln. Optional kann die Vorrichtung einen Reflektor aufweisen, welcher beispielsweise als Hohlspiegel und/oder Mehrflächen-Reflektor (Mehrstufen-Reflektor) ausgestaltet sein kann. Mit anderen Worten kann der Reflektor eine derartige Gestalt aufweisen, dass er (insbesondere in Abhängigkeit einer jeweiligen Laufstreckenlänge) eine charakteristische Signatur im Echo-Signal des Ultraschallsignals hinterlässt, welches in erfindungsgemäßer Weise empfangen wird. Somit kann ermittelt werden, welche Anteile im Signal vom Reflektor stammen und an welcher Position der Reflektor sich bezüglich des Senders/Empfängers befindet. Der Reflektor ist insbesondere an derjenigen von der ersten und der zweiten Position angeordnet, an welcher der Ultraschallempfänger nicht angeordnet ist. Zusätzlich ist der Reflektor insbesondere an derjenigen von der ersten und der zweiten Position angeordnet, an welcher der Ultraschallsender nicht angeordnet ist.
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Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich derart ersichtlich in entsprechender Weise aus den obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren, dass auf selbige zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Das Fortbewegungsmittel kann als PKW, Transporter, LKW, Luft- und/oder Wasserfahrzeug ausgestaltet sein. Auch für das Fortbewegungsmittel ergeben sich Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile entsprechend den obigen Ausführungen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welcher sich der Sitz in einer vorderen Position befindet;
- 3 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welcher sich der Sitz in einer hinteren Position befindet;
- 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, in welcher sich der Ultraschallsender an einer ersten Position und der Ultraschallempfänger an einer zweiten Position befindet;
- 5 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels, in welcher sich der Ultraschallsender an einer zweiten Position und der Ultraschallempfänger an einer ersten Position befindet;
- 6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei welcher sich die erste Position an einer Spritzschutzwand zum Motorraum des Fortbewegungsmittels befindet;
- 7 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei welcher sich die erste Position an einer schräg gerichteten Struktur der Bodengruppe hinter dem Sitz befindet;
- 8 eine schematische Darstellung eines ersten Hindernisses in der Ultraschall-Übertragungsstrecke;
- 9 eine schematische Darstellung eines zweiten Hindernisses in der Ultraschall-Übertragungsstrecke;
- 10 eine schematische Darstellung eines dritten Hindernisses in der Ultraschall-Übertragungsstrecke;
- 11 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit zwei räumlich voneinander getrennten Sendern bzw. Empfängern am Sitz und einem Sender bzw. Empfänger an der ersten Position;
- 12 die in 11 gezeigte Darstellung nach einer Drehung des Sitzes um einen Winkel α; und
- 13 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines PKWs 10 als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels, in welchem ein Anwender in Form eines Insassen 8 auf einem Fahrersitz 1 Platz genommen hat. Der Fahrersitz ist hinsichtlich seiner Längsposition und hinsichtlich einer Drehposition seiner Rückenlehne mittels eines Motors 13 als Aktuator gegenüber einer Karosserie 11 des PKWs 10 verstellbar. Der Motor 13 wird über ein elektronisches Steuergerät 5 mittels der Auswerteeinheit angesteuert. Das elektronische Steuergerät 5 erhält u.a. die Signale einer vorwärts gerichteten Frontkamera 12, mittels welcher das elektronische Steuergerät kollisionsrelevante Situationen erkennen und in erfindungsgemäßer Weise Maßnahmen zur Herstellung einer Soll-Position für den Sitz 1 einleiten kann.
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2 zeigt einen erfindungsgemäß ausgestalteten Sitz 1, dessen Unterseite eine zweite Position aufweist, welche relativ zur Karosserie 11 beweglich ist, während die Bodengruppe der Karosserie 11 vor dem Sitz eine erste Position aufweist, welche ortsfest bzgl. des PKWs 10 ist. An dieser ersten Position kann ein Ultraschallsender 3 angeordnet sein, während an der zweiten Position ein Ultraschallempfänger 4 angeordnet sein kann. In Abhängigkeit der Position des Sitzes 1 gegenüber der Karosserie 11 variiert nun die Länge der veränderlichen Strecke 6, so dass auch die Laufzeit des Ultraschallsignals 2 entsprechend variiert. Eine doppelte Laufzeit ergibt sich für das Ultraschallsignal 2, wenn an der ersten Position ein Ultraschall-Sendeempfänger in Form eines Ultraschallsenders 3 und eines Ultraschallempfängers 4 angeordnet ist, während an der zweiten Position ein vordefinierter Reflektor 7 angeordnet ist. In diesem Fall durchläuft das Ultraschallsignal 2 die veränderliche Strecke 6 einmal vorwärts und einmal rückwärts, wodurch sich die doppelte Laufzeit ergibt.
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3 zeigt die in 2 dargestellte Situation nach einer horizontalen Verschiebung des Sitzes 1 nach hinten (minus X-Richtung). Die Höhe des Sitzes 1 hat sich nicht verändert. Seine Verschiebung in minus X-Richtung hat jedoch zu einer Verlängerung der veränderlichen Strecke 6 geführt, wodurch auch das Ultraschallsignal 2 eine veränderte Laufzeit aufweist. Aufgrund der bekannten geometrischen Beziehung bzw. der Kinematik des Sitzes 1 kann anhand einer (nicht dargestellten) vordefinierten Referenz auf Basis einer Laufzeitmessung eine Sitzposition abgeschätzt bzw. ermittelt werden.
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4 zeigt konkret diejenige Darstellung, in welcher der Ultraschallsender 3 an der ersten Position an der Karosserie 11 angeordnet ist und das Ultraschallsignal 2 in Richtung des Ultraschallempfängers 4 an der zweiten Position aussendet. Bevorzugt ist das Aussenden und Empfang derart synchronisiert, dass die Auswerteeinheit, welche das Empfangssignal zu verarbeiten hat, den Aussendezeitpunkt unmittelbar mitgeteilt bekommt bzw. mitbestimmt.
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5 zeigt die in 4 dargestellte Anordnung, wobei jedoch der Ultraschallsender 3 an der zweiten Position und der Ultraschallempfänger 4 an der ersten Position angeordnet sind. Es ergibt sich im Zuge der erfindungsgemäßen Laufzeitmessung dasselbe Ergebnis, wobei jedoch die veränderliche Strecke 6 in umgekehrter Richtung vom Ultraschallsignal 2 durchlaufen wird.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Situation, wenn die erste Position im Bereich der Spritzschutzwand unterhalb der Lenksäule den Ultraschallsender 3 trägt und eine vordere untere zweite Position an der Sitzfläche bzw. der Sitzkonsole des Sitzes 1 den Ultraschallempfänger 4 trägt. Hierbei ist eine nahezu horizontale veränderliche Strecke 6 definiert, wodurch sich ein linearer Zusammenhang zwischen der Sitzposition und der Länge der veränderlichen Strecke 6 ergibt.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung, bei welcher eine erste Position hinter dem Sitz 1 an einem schräg gestellten Karosserieteil den Ultraschallsender 3 trägt und eine zweite Position an einem unteren Bereich der Lehne des Sitzes 1 den Ultraschallempfänger 4 trägt. Auch in diesem Fall ergibt sich für die veränderliche Strecke 6 eine nahezu horizontale Ausrichtung mit nahezu linearer Beziehung zwischen der Sitzposition und der Länge der veränderlichen Strecke 6.
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8 zeigt die Situation, welche sich ergibt, wenn zwischen dem Ultraschallsender 3 an der Karosserie 11 und dem Ultraschallempfänger 4 an der zweiten Position ein Hindernis in Form eines Paketes 9 gelegen ist. Die akustische Signatur am Ort des Ultraschallempfängers 4 ist quasi nicht gegeben, da kein Reflexionspfad vom Ultraschallsender erzeugte Energie am Ort des Ultraschallempfängers 4 ankommen lässt. Ein solcher Fall kann erfindungsgemäß automatisch gemeldet werden, wobei beispielsweise der Anwender 8 aufgefordert wird, das Paket 9 zu entfernen, um eine ordnungsgemäße Sitzverstellung zu gewährleisten.
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9 zeigt eine alternative Unterbrechung des Übertragungspfades zwischen dem Ultraschallsender 3 und dem Ultraschallempfänger 4 durch die Beine des Anwenders 8. Da sich die Beine des Anwenders 8 üblicherweise im Laufe der Zeit häufiger bewegen als die Sitzposition, kann der während einer Dauer des Existierens einer hinreichend freien veränderlichen Strecke 6 zwischen dem Ultraschallsender 3 und dem Ultraschallempfänger 4 ermittelte Abstand der ersten Position zur zweiten Position abgespeichert werden und solange für gültig erklärt werden, wie der Sitz 1 nicht motorisch und/oder anderweitig bezüglich der Karosserie 11 bewegt wird. Lediglich für den Fall, dass der Anwender 8 sich längere Zeit nach einer Sitzverstellung nicht bewegt und den Pfad zwischen dem Ultraschallsender 3 und dem Ultraschallempfänger 4 nicht freigegeben hat, kann eine akustische Ausgabe an den Anwender 8 ergehen, seine Beine zumindest für einen Moment an einer alternativen Position zu platzieren.
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10 zeigt eine alternative Darstellung eines durch ein Paket unterbrochenen Übertragungspfades, so dass sich keine akustische Signatur des vom Ultraschallsender 3 ausgesandten Ultraschallsignale am Ort des Ultraschallempfängers 4 ergibt. Auch in diesem Fall kann nach Ablauf eines vordefinierten Zeitraums bzw. nach Ungültigerklärung der zuletzt ermittelten Sitzposition ein Hinweis an den Anwender (nicht dargestellt) ergehen, das Paket 9 zumindest temporär aus der Übertragungsstrecke zu entfernen, um die aktuelle Sitzposition zu ermitteln.
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11 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, durch welche eine rotatorische Bewegung des Sitzes 1 mittels eines Ultraschallsenders 3 und eines ersten, an einer zweiten Position angeordneten Ultraschallempfängers 4a und eines zweiten, an einer weiteren zweiten Position angeordneten Ultraschallempfängers 4b ermittelt werden kann. Zwischen dem Ultraschallsender 3 und den Ultraschallempfängern 4a, 4b, sind jeweilige veränderliche Strecken 6a, 6b definiert. Die Funktionsweise der Messung der jeweiligen Strecken entspricht im Wesentlichen der oben beschriebenen.
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12 zeigt die in 11 dargestellte Situation nach einer Drehung des Sitzes um den Winkel α um die Hochachse (Z-Richtung). Die veränderten veränderlichen Strecken 6a', 6b' sowie die Kenntnisse über die Geometrie und Kinematik des Sitzes 1 erlauben in erfindungsgemäßer Weise die Feststellung des Winkels α.
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13 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Position eines Sitzes eines Fortbewegungsmittels. In Schritt 100 wird ein vordefiniertes Ultraschallsignal empfangen, welches eine veränderliche Strecke zwischen einer vordefinierten, ortsfest bezüglich einer Karosserie des Fortbewegungsmittels angeordneten ersten Position und einer vordefinierten, ortsfest bezüglich des beweglichen nämlich verschieblichen und/oder drehbaren Sitzes angeordneten zweiten Position durchlaufen hat. In Schritt 200 wird eine relative Position des Sitzes anhand des Ultraschallsignals in Verbindung mit einer vordefinierten Referenz ermittelt. Beispielsweise kann die Verschiebung des Sitzes 1 in X-Richtung und/oder in Z-Richtung auf diese Weise ermittelt werden. In Schritt 300 wird mittels der Umgebungssensorik des Fortbewegungsmittels eine Notwendigkeit zur automatischen Anpassung der Position des Sitzes aufgrund einer Fahrsituation mit Kollisionsrelevanz ermittelt. Mit anderen Worten wird ermittelt, dass aus Sicherheitsgründen eine Anpassung der Position des Sitzes angefahren werden sollte, sofern sich eine Kollision des Fortbewegungsmittels nicht vermeiden lässt. Im Ansprechen darauf sowie in Abhängigkeit der relativen Position des Sitzes wird in Schritt 400 ein Aktuator zur Anpassung der relativen Position des Sitzes angesteuert. Dies kann mit deutlich oberhalb der Komfortgeschwindigkeit liegender Verstellgeschwindigkeit des Sitzes erfolgen, um rechtzeitig zwischen der Ermittlung der Kollisionsrelevanz und der etwaigen Kollision die Verstellung des Sitzes abschließen zu können.
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Im Ergebnis wird eine zusätzliche und gegebenenfalls redundant zu verwendende Möglichkeit zur Ermittlung einer Sitzposition vorgeschlagen.