DE19709197A1 - Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Erfassen des Vorhandenseins einer Druck­ kraft, insbesondere zur Feststellung des Vorhanden­ seins eines Insassen bzw. einer Person auf einem Sitz.

Ein Sitzbelegungssensor ist in der EP 0 476 356 be­ schrieben. In dieser Schrift ist ein piezoelektrisches Kabel in mäandernder Form im Bereich der Sitzober­ fläche vorgesehen, wobei das Kabel auf Druckkräfte anspricht, um dadurch die Feststellung einer Masse auf der Sitzoberfläche zu ermöglichen. Die an verschiede­ nen Stellen des Sensorkabels erzeugten Druckkräfte sind nicht nur von der Masse abhängig, sondern auch von der Position des Insassen. In Anbetracht der großen Unterschiede in der Anatomie und der Sitzposi­ tion möglicher Insassen ist es schwierig, aufgrund der sehr unterschiedlichen Sensorsignale eine zuverlässige Feststellung von Sitzinsassen zu erzielen. Außerdem verformt sich die nachgiebige Sitzoberfläche mit der Zeit, und die Eigenschaften des Sensorsignals verän­ dern sich dadurch. Bei Verwendungen in Kraftfahrzeugen wird die Feststellung eines Sitzinsassen zur Anweisung einer Aktivierung eines Airbags oder anderer Kraft­ fahrzeug-Sicherheitseinrichtungen verwendet. Die Er­ fassung eines Sitzinsassen muß daher extrem zuver­ lässig sein.

Es wäre daher wünschenswert, die Zuverlässigkeit der herkömmlichen Sitzbelegungs-Sensorsysteme zu verbes­ sern. In der Automobilindustrie, wie auch in vielen anderen Industrien, ist es ferner von wesentlicher Bedeutung, kostengünstige Komponenten vorzusehen, die nicht nur günstig herstellbar, sondern auch kosten­ günstig montierbar sind, z. B. in einem Kraftfahrzeug.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung einer zuverlässigen Sensorvorrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins einer Druckkraft, ins­ besondere zum Feststellen der Belegung eines Sitzes.

Weiterhin wäre es von Vorteil, wenn sich eine solche Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung in kostengünstiger Weise herstellen ließe und sich diese ferner in dem Gerät, der Vorrichtung oder Maschine, für die sie be­ stimmt ist, in einfacher Weise einbauen und montieren läßt.

Erreicht werden die genannten Ziele der vorliegenden Erfindung durch Schaffung einer Sensorvorrichtung, die auf Druckkräfte anspricht, wobei die Sensorvorrichtung ein Sensorkabel aufweist, das auf Druckkräfte an­ spricht und in einer Matte angeordnet ist. Bei dem Sensorkabel kann es sich um ein piezoelektrisches Kabel handeln, wie z. B. ähnlich dem in der EP 0 476 356 beschriebenen piezoelektrischen Kabel, und zwar aufgrund der hohen Empfindlichkeit bzw. des hohen An­ sprechvermögens desselben auf Druckkräfte. Bei der Matte handelt es sich vorzugsweise um eine flexible dünne Matte, in die das Kabel eingebettet ist. Die Matte läßt sich in verschiedenen Formen und Größen vorsehen, wobei eine solche Matte eine Schicht zwischen einer Kraftfahrzeugsitzanordnung und dem Rahmen bildet, auf dem der Sitz gehaltert ist, wobei der Rahmen an dem Chassis oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs angebracht ist. Auf diese Weise werden die Masse und die Trägheitskräfte eines Insassen durch den Sitz hindurch (der die Schaum- und Federma­ terialien beinhaltet) und sodann auf die Matte über­ tragen, die nur die Gesamtkräfte aufnimmt und nicht spezielle Druckkräfte, die sich auf die Anatomie oder die Sitzposition des Insassen beziehen.

Das Kabel kann innerhalb der Matte mit elektronischen Einrichtungen verbunden sein, die das Sensorsignal zur Datenübertragung zu einer an einer anderen Stelle in dem Kraftfahrzeug angeordneten Steuerelektronik ver­ stärken und verarbeiten. Diese Vorverarbeitung des Sensorsignals ermöglicht eine Übertragung eines Sen­ sorsignals von der Sensorvorrichtung, die unempfind­ lich für Rauschen und andere elektromagnetische Stö­ rungen ist, wobei die Verbindung zwischen der Kraft­ fahrzeugelektronik und der Sensorvorrichtung dadurch nur ziemlich gewöhnliche und kostengünstige Zwischen­ verbindungssysteme benötigt (es besteht z. B. eine Notwendigkeit für ein mit hoher Geschwindigkeit arbei­ tendes Koaxialkabel zwischen dem Sensor und der Elek­ tronik zur Gewährleistung einer zuverlässigen Signal­ übertragung mit hoher Geschwindigkeit).

Die elektronischen Einrichtungen können auf einer ge­ druckten Schaltungsplatte oder einem flexiblen Sub­ strat vorgesehen sein, das in die Matte eingebettet ist, oder sie können auf der Matte positioniert sein und mit dem Sensorkabel direkt verbunden sein, wie z. B. mit dem äußeren und dem inneren Leiter eines piezo­ elektrischen Koaxialkabels. Ferner ist die Sensorvor­ richtung dann mit einem Verbinder zur Herstellung einer Verbindung mit dem Elektroniksystem des Kraft­ fahrzeugs ausgestattet.

Das Sensorkabel ist vorteilhafterweise im wesentlichen in Form eines Dreiecks angeordnet, wodurch sich der Vorteil eines kurzen Kabels ergibt, das sich über be­ trächtliche Oberflächenbereiche der Matte erstreckt um Druckkräfte aufzunehmen. Insbesondere verstärkt das Dreieck die Wirkung einer "Dreipunktlagerung", die zum Haltern eines Gegenstands auf einer Oberfläche erfor­ derlich ist (d. h. es müssen drei Freiheitsgrade be­ seitigt werden, um einen Gegenstand in einer bestimm­ ten Weise auf einer Oberfläche zu positionieren) . Bei auf dem Sensordreieck gehaltertem Sitz wird wenigstens eine der Seiten der Dreieckform gut zusammengedrückt, wodurch sichergestellt ist, daß eine beträchtliche Länge des Sensorkabels mit Druckkraft beaufschlagt wird, wodurch die Zuverlässigkeit des Signals ge­ steigert wird.

Die Matte kann mit relativ starren Schichten versehen sein, die sich in der Ebene der Matte erstrecken und die die Druckkräfte von Bereichen in der Nähe des Sen­ sorkabels, jedoch nicht von oberhalb des Sensorkabels befindlichen Bereichen auf das Kabel übertragen, wobei die diese Schichten beinhaltende Matrix flexibel ist und z. B. aus elastomerem Material besteht. Bei einer solchen Ausbildung ist eine oder mehrere Lagen aus gewebtem Fasermaterial (mit einem relativ hohen Ela­ stizitätsmodul im Vergleich zu der flexiblen Schicht) vorstellbar, die in die Ebene der Matte eingebettet ist bzw. sind. Die Fasern würden ferner eine Ver­ formung des Sensors durch Kräfte in der Ebene der Matte verhindern, die das Sensorkabel oder die elek­ tronischen Einrichtungen beeinträchtigen oder beschä­ digen könnten.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Sitzes und eines Rahmens in einem geringfügig vonein­ ander getrennten Zustand zur Veranschaulichung der Positionierung einer Sensorvorrichtung zwischen diesen;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Sensor­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeugsitz schematisch dargestellt, der einen Basisrahmen 2, der an dem Chassis oder Fahrgestell 3 eines Kraftfahrzeugs angebracht ist, sowie ferner einen Sitz 4 aufweist, der auf dem Rahmen 2 anbringbar ist, so daß der Sitz sicher in dem Fahrzeug festgehalten ist. Eine Sensor­ vorrichtung 10 ist zwischen dem Sitz 4 und dem Rahmen 2 vorgesehen, wobei diese Sensorvorrichtung zum Erfas­ sen von Druckkräften dient. Eine Positionierung des Sensors 10 unter dem Sitz ermöglicht eine Ausbildung des Sensors in relativ unabhängiger Weise von der Ana­ tomie einer auf dem Sitz 4 befindlichen Person, und zwar unter Erfassung der Gesamtkräfte des Sitzes sowie der darauf sitzenden Person auf dem Rahmen 2. Der Rah­ men 2 besitzt eine relativ steife Konstruktion. Der Sitz 4 kann in vielen herkömmlichen Weisen an dem Rah­ men 2 befestigt werden, wobei die anfängliche Kompres­ sion des Sensors 10 keine Einwirkung auf die Wirksam­ keit oder Zuverlässigkeit des Sensors hat, da das er­ forderliche Sensorsignal durch die relative Verän­ derung der Druckkräfte erzeugt wird.

Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 zu sehen ist, ist die Sensorvorrichtung 10 in Form einer dünnen Matte 12 ausgebildet, die eine flexible Schicht aus einem Material 14 aufweist, in das ein Sensorkabel 16 eingebettet ist, wobei ferner eine elektronische Schaltung 18 vorhanden ist, die mit einem Ende 20 des Sensorkabels 16 verbunden ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensorka­ bel um ein piezoelektrisches Koaxialkabel ähnlich dem in der EP 0 476 356 beschriebenen. Es könnten auch andere Sensorkabel verwendet werden, wie z. B. her­ kömmliches elektrisches Koaxialkabel, obwohl ein piezoelektrisches Kabel ein hohes Ansprechvermögen auf Druckkräfte aufweist und aus diesem Grund für solche Anwendungen besonders geeignet ist. Wenn das Piezo­ elektrische Material Kompression bzw. Druckkräften ausgesetzt wird, erzeugt es eine elektrische Ladung, die einen elektrischen Impuls liefert. Eine passive Verwendung des Kabels registriert somit nur Änderungen der Kraft. Das Kabel kann jedoch einer Potentialdiffe­ renz (zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter des Kabels z. B.) ausgesetzt werden, um dadurch eine sta­ tische Druckkraft zu erfassen. Die Elektronik 18 kann zur Handhabung der wie auch immer für die geeignetste Signalform erachteten Form von Signal ausgebildet wer­ den.

Die Sensorsignale werden von der Elektronik 18 verar­ beitet, die eine Schwellenwertdetektor-, Verstärker- und Auswerteschaltung aufweisen kann, die die elektri­ schen Signale von dem Sensorkabel verarbeitet und ver­ stärkt, bevor diese der Steuerelektronik in einem Kraftfahrzeug zugeführt werden. Die verstärkten und verarbeiteten Signale sind somit viel weniger empfind­ lich für Rauschen und können der Steuerelektronik des Kraftfahrzeugs unter Verwendung kostengünstiger elek­ trischer Kabel und Verbindersysteme mit hoher Zuver­ lässigkeit zugeführt werden. Die Elektronik 18 kann entweder auf einer flexiblen Schaltung mit darauf an­ gebrachten Komponenten oder auf einer starren Schal­ tungsplatte vorgesehen sein, die sich innerhalb der Dicke der Matte aufnehmen läßt. Die Matte würde dann gleichzeitig eine Schutzabdeckung für die Elektronik 18 schaffen.

Das Sensorkabel 16 ist in Form eines offenen Dreiecks ausgebildet, wobei sich die Seiten des Dreiecks über beträchtliche Flächenbereiche der Matte erstrecken. Wenn das Kabel 16 geringfügig steifer ist als die flexible Schicht 14 der Matte, führt eine Kompression der Matte zwischen zwei Ebenen zur Erzeugung einer Kompression der drei Schenkel 20, 22, 24 des in Form eines Dreiecks angeordneten Sensorkabels. Die Halte­ rung auf einer Ebene ist durch drei Punkte definiert, und aus diesem Grund wird wenigstens einer der Schen­ kel 20, 22, 24 gut zusammengedrückt, so daß sich ein gutes Sensorsignal schaffen läßt. Letzteres stellt außerdem sicher, daß nur eine kurze Länge des Sensor­ kabels 16 erforderlich ist, wobei dies auch für die Übertragung der Sensorsignale sowie deren Unempfind­ lichkeit gegenüber Rauschen (d. h. einen verbesserten Rauschabstand) von Vorteil ist.

Um der Matte 2 mechanische Widerstandsfähigkeit zu verleihen, können widerstandsfähige Schichten 26, 28 aus widerstandsfähigen Materialien, wie z. B. gewebte Fasermatten mit Fasern mit hoher Zugfestigkeit, über oder unter dem Sensorkabel 16 vorgesehen werden. Die Anordnung der widerstandsfähigen Schichten 26, 28 ist auch der Erzielung einer besseren Verteilung von Druckkräften, die sich nicht direkt über dem Sensorka­ bel 16 befinden, auf das Sensorkabel zuträglich, und zwar aufgrund ihres viel höheren Elastizitätsmoduls im Vergleich zu der flexiblen Schicht 14. Zum Beispiel erzeugt eine Kraft F, die in dem Zentrum der Matte 12 wirkt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, eine Zugkraft T in der widerstandsfähigen Schicht 26 aufgrund einer nach innen gehenden Verformung D der Schicht 26 um die Einwirkungsstelle der Kraft F herum. Da die Schicht 26 einen hohen Elastizitätsmodul (geringe Elastizität) besitzt, wird der über dem Sensorkabel 16 liegende Bereich der widerstandsfähigen Schicht 26 durch den verformten Bereich der widerstandsfähigen Schicht in Richtung nach unten gezogen, wodurch eine Druckkraft auf das Sensorkabel 16 übertragen wird. Die wider­ standsfähigen Schichten 26, 28 helfen ferner Leim Schützen des Sensorkabels 16 und der Elektronik 18 vor übermäßiger Verformung oder anderweitiger Be­ schädigung.

Die Matte kann in vielen verschiedenen Formen ausge­ bildet werden und in Form einer einzigen Einheit rasch und kostengünstig auf einem Sitzrahmen 2 montiert wer­ den. Der erfindungsgemäße Sitzbelegungssensor ist so­ mit in vorteilhafter Weise unempfindlich gegenüber Überlegungen im Hinblick auf die Anatomie, während er gleichzeitig besonders zuverlässig ist.

Claims (12)

1. Sensorvorrichtung zum Detektieren des Vorhanden­ seins eines Insassen auf einem Sitz (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorvorrichtung in Form einer Matte (12) ausgebildet ist, die sich zwischen dem Sitz (4) und einem im wesentlichen starren Rahmen (2) positionieren läßt, an dem der Sitz in sicher gehalterter Weise angebracht ist.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (12) ein Sensorkabel (16) aufweist, das in eine Schicht (14) aus flexiblem Material eingebettet ist.

3. Sensorvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Sensorkabel (16) aufweist, das sich im wesentlichen in Form eines Dreiecks in der Ebene der Matte (12) er­ streckt.

4. Sensorvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Sensorkabel aufweist, das als piezoelektrisches Koaxialkabel ausgebildet ist.

5. Sensorvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (12) eine elektronische Schaltungseinrichtung (18) zum Ver­ arbeiten der Sensorsignale von dem Sensorkabel (16) aufweist.

6. Sensorvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltungseinrichtung (18) in eine Materialschicht (14) eingebettet ist, in die auch das Sensorkabel (16) eingebettet ist.

7. Sensorvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (12) mit einer widerstandsfähigen Schicht (26, 28) versehen ist, die im Vergleich zu der Schicht (14), in die das Sensorkabel (16) eingebettet ist, einen hohen Elastizitätsmodul aufweist.

8. Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen, mit einem piezoelektrischen Sen­ sorkabel (16), dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorkabel (16) in integraler Weise in einer dünnen Matte (12) angeordnet ist.

9. Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sensorkabel in der Matte in Form eines Dreiecks erstreckt.

10. Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Matte (12) eine Dicke besitzt, die nur geringfügig größer ist als der Durchmesser des Sensorkabels (16).

11. Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Schaltungseinrichtung (18) zur Vorverarbeitung der Sensorsignale in der Matte (12) angeordnet ist und direkt mit dem Sensorkabel (16) verbunden ist.

12. Sitzbelegungs-Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (12) flexi­ bel ist.