DE602006000871T2

DE602006000871T2 - Kapazitive Bestimmung einer Insassenanwesenheit für einen Fahrzeugsitz

Info

Publication number: DE602006000871T2
Application number: DE602006000871T
Authority: DE
Inventors: William W. Carmel Fultz; Morgan D. Kokomo Murphy
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: US7190277B2; EP1686014B1; EP1686014A1; ATE391642T1; US20050134442A1; DE602006000871D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen kapazitiven Sensor, der eine fluidgefüllte Blase zum Detektieren der Anwesenheit eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz umfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Detektion der Anwesenheit eines Insassen wird häufig in Verbindung mit Airbags und anderen pyrotechnisch eingesetzten Rückhaltemitteln als ein Mittel verwendet, um festzustellen, ob die Rückhaltemittel im Fall einer ausreichend schweren Kollision eingesetzt werden sollen. Obwohl verschiedene Möglichkeiten zum Detektieren der Anwesenheit eines Insassen ersonnen worden sind, beinhaltet die vielleicht einfachste und kostengünstigste Möglichkeit die Installation einer fluidgefüllten Blase in oder unter dem Sitzschaumkissen des Fahrzeugsitzes und das Messen des Fluiddrucks in der Blase mit einem Drucksensor. Als Beispiel dienende Systeme dieser Art sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5,987,370 und 6,246,936 für Murphy et al. und in den US-Patenten Nr. 6,101,436 und 6,490,936 für Fortune et al., die alle der Delphi Technologies, Inc., zugeordnet sind, offenbart. Alternativ können die Kosten für den Drucksensor vermieden werden, indem Leiterplatten auf oder in der Nähe der oberen und unteren Oberflächen der Blase bereitgestellt werden und Änderungen in der Kapazität zwischen den Platten detektiert werden, wenn die Dicke der Blase sich auf Grund des Gewichtes eines Insassen ändert. Die Änderungen in der Kapazität sind jedoch normalerweise relativ klein, und es können beträchtliche Anstrengungen zur Kalibrierung erforderlich sein, selbst bei Anwendungen, bei denen das System bloß die Anwesenheit eines Insassen feststellen muss (und nicht das Gewicht oder die Gewichtsverteilung des Insassen). Was dementsprechend benötigt wird, ist ein kostengünstiger und leicht zu kalibrierender kapazitiver Sensor für die Anwesenheit eines Insassen. US-A-2003/009273 , die als der am nächsten kommende Stand der Technik angesehen wird, zeigt eine Vorrichtung zum Detektieren der Anwesenheit eines Insassen auf einem Sitz, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine fluidgefüllte Elastomer-Sitzblase, die im Sitz angeordnet ist;
einen oberen Leiterfilm, der auf oder in der Nähe einer oberen Fläche der Blase angeordnet ist;
und einen Controller zum Feststellen der Anwesenheit des Insassen auf der Grundlage einer detektierten Änderung in der Kapazität oder der elektrischen Feldkopplung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine verbesserte Vorrichtung zur Detektion der Anwesenheit eines Insassen, die eine Änderung in der Kapazität zwischen einem oberen und unteren Leiterfilm detektiert, die auf oder in der Nähe der oberen und unteren Fläche einer fluidgefüllten Elastomer-Sitzblase angeordnet sind, wo eine halbstarre Matte, die zwischen dem Sitzkissen und der Blase angeordnet ist, eine periphere Höhlung umfasst, die den oberen Leiterfilm zumindest teilweise umgibt. Wenn das auf das Sitzkissen aufgebrachte Gewicht des Insassen an die Blase übertragen wird, dehnt sich die Blase in die periphere Höhlung der halbstarren Matte aus, was eine beträchtliche Reduzierung im Abstand zwischen dem oberen und unteren Leiterfilm und eine entsprechende beträchtliche Erhöhung der gemessenen Kapazität erzeugt. Sobald sich die Blase vollständig in die Höhlung ausgedehnt hat, erzeugt eine zusätzliche Belastung auf Grund eines erhöhten Gewichtes des Insassen nur eine minimale Erhöhung der detektierten Kapazität. Es ist vorteilhaft, dass die halbstarre Matte als Substrat für den oberen leitfähigen Film und eine Kapazitätsmessschaltung dienen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B stellen schematisch einen Fahrzeugsitz dar, der mit einer kapazitiven Detektionsvorrichtung für die Anwesenheit eines Insassen gemäß dieser Erfindung ausgerüstet ist, einschließlich eines elektronischen Controllers auf Mikroprozessorbasis. 1A stellt den Sitz im unbesetzten Zustand dar, und 1B stellt den Sitz im besetzten Zustand dar.
2 stellt grafisch eine gemessene Kapazität der Vorrichtung der 1A und 1B als Funktion des Gewichtes des Insassen dar, das auf den Sitz ausgeübt wird.
3 stellt ein Flussdiagramm dar, das repräsentativ für eine Softwareroutine ist, die von dem elektronischen Controller der 1A und 1B gemäß dieser Erfindung ausgeführt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere die 1A und 1B, bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein eine Vorrichtung zum Detektieren der Anwesenheit eines Insassen für einen Fahrzeugsitz 12. Der Sitz 12 umfasst einen starren Rahmen und eine Federaufhängung 14, ein Sitzschaumkissen 16 und ein Rückenschaumkissen 18. Ein Satz von Stützen 19, die integraler Bestandteil des Rahmens 14 sind, befestigen den Sitz 12 an einem Paar von Schienen 20 (von denen nur eine gezeigt ist), die wiederum am Fahrzeugboden 22 befestigt sind. Eine Blaseneinheit 24 (zum Zweck der Illustration in vertikaler Richtung vergrößert) liegt sandwichartig zwischen dem Sitzkissen 16 und den Aufhängungselementen von Rahmen 14 zum Zweck des Detektierens der Anwesenheit eines Sitzbenutzers, wie unten erläutert. Schließlich umgibt eine Abdeckung 26 das Kissen 16, die Blaseneinheit 24 und den Rahmen 14.
Die Blaseneinheit 24 umfasst die fluidgefüllte Elastomerblase 30, eine halbstarre obere Matte 32, die zwischen der Blase 30 und dem Sitzkissen 16 angeordnet ist, und eine untere Matte 34, die zwischen der Blase 30 und dem Sitzrahmen 14 angeordnet ist. Die Blase 30 umfasst die oberen und unteren Elastomerfolien 30a, 30b, die an ihrem Rand durch eine durchgehende Schweißnaht 36 verbunden sind, und ist mit einem Fluid, wie zum Beispiel Silikon gefüllt, das nicht korrosiv ist und bei extremen Umgebungstemperaturen nicht gefriert oder zerfällt.
Die Blaseneinheit 24 umfasst zusätzlich einen oberen Leiterfilm oder eine Leiterplatte 38, die auf der oder angrenzend an die obere Elastomerfolie 30a angeordnet ist, und einen unteren Leiterfilm oder eine Leiterplatte 40, die auf der oder angrenzend an die untere Elastomerfolie 30b angeordnet ist. In der illustrierten Ausführungsform ist die obere Leiterplatte 38 auf der oberen Matte 32 gebildet, und die untere Leiterplatte 40 ist auf der unteren Matte 34 gebildet. Die Leiterplatten 38 und 40 sind elektrisch mit einem elektronischen Controller 42 auf Mikroprozessorbasis über Leitungen 46 und 48 verbunden, und eine Kapazitätsmessschaltung, die auf der oberen Matte 32 oder im elektronischen Controller 42 angeordnet ist, misst die elektrische Kapazität zwischen den Leiterplatten 38 und 40. Im Allgemeinen belastet das Aufbringen des Gewichts des Insassen auf das Kissen 16 die Blase 30, was eine Verringerung ihrer Dicke hervorruft; dementsprechend wird der Abstand zwischen den Leiterplatten 38 und 40 verringert, was die gemessene Kapazität reduziert. Die Kapazitätsmessschaltung kann kostengünstig mit einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) implementiert werden, falls gewünscht. In einer typischen Implementierung erdet die Schaltung die untere Leiterplatte 40 und legt über einen Widerstand eine Wechselspannung an die obere Leiterplatte 38 an; in diesem Fall kann die Kapazität des Sensors aus der Kondensatorspannung bestimmt werden. Andere Kapazitätsmessverfahren können alternativ eingesetzt werden.
Gewöhnlich sind obere und untere Matten einer bestimmten Art in der Sitzblaseneinheit enthalten, um die Blase 30 vor Einstichschäden zu schützen, die Verteilung des Insassengewichts zu verbessern und für eine gleichförmige Reaktionsfläche für die Blase 30 zu sorgen, wie zum Beispiel im vorher genannten US-Patent Nr. 6,490,936 für Fortune et al. Offenbart ist. Gemäß dieser Erfindung hat die obere Matte 32 jedoch eine neuartige Form, die mit der Blase derart in Wechselbeziehung steht, dass sie die kapazitive Reaktion der Vorrichtung 10 zum Detektieren der Anwesenheit eines Insassen beträchtlich verstärkt. Insbesondere umfasst die obere Matte 32 eine periphere Tasche oder Höhlung 50, die zumindest teilweise die obere Leiterplatte 38 umgibt. Die obere Matte 32 kann eine ausreichende Steifigkeit besitzen, um ihre Form beizubehalten, wenn das Gewicht des Insassen auf das Kissen 16 ausgeübt wird; die Matte 32 kann zum Beispiel aus Polyurethan gebildet sein, das eine Dicke von etwa 1 mm hat.
Zusätzlich oder alternativ kann der Boden von Kissen 16 so geformt sein, dass er der Höhlung 50 entspricht. In jedem Fall wird das Gewicht eines Insassen 54, der auf dem Kissen 16 sitzt, auf die Blase 30 übertragen, was bewirkt, dass sich die Blase 30 in die periphere Höhlung 50 ausdehnt, wie in 1B illustriert. Dadurch wird eine beträchtliche Verringerung im Abstand zwischen der oberen und unteren Leiterplatte 38 und 40 und eine entsprechende beträchtliche Erhöhung der gemessenen Kapazität erzeugt. Sobald sich die Blase 30 vollständig in die Höhlung 50 ausgedehnt hat, erzeugt eine zusätzliche Belastung auf Grund eines erhöhten Gewichtes des Insassen nur eine minimale Erhöhung der gemessenen Kapazität. Wenn das Gewicht des Insassen vom Kissen 16 entfernt wird, kehrt die Blase 30 in ihren unbelasteten Zustand zurück, der in 1A dargestellt ist.
Die Beziehung zwischen der gemessenen Kapazität (CAP) und dem aufgebrachten Insassengewicht (WT) ist grafisch in 2 dargestellt. Die gemessene Kapazität hat im Wesentlichen zwei Zustände: einen unbelasteten Zustand (leerer Sitz), bei dem die Kapazität relativ niedrig ist, und einen belasteten Zustand (Insasse anwesend), bei dem die Kapazität relativ hoch ist. Es kann ein Schwellwert THR auf einen Wert zwischen dem hohem und dem niedrigen Kapazitätswert gesetzt werden, wie gezeigt, um leicht zwischen dem unbelasteten und dem belasteten Zustand zu unterscheiden. Der Schwellwert THR in der illustrierten Ausführungsform ist so kalibriert, dass er einem aufgebrachten Insassengewicht von 66,72 N (15 lbs) entspricht, es ist aber zu erkennen, dass die Vorrichtung so kalibriert werden kann, dass sie den Anforderungen verschiedener Anwendungen genügt. In Anwendungen, bei denen die Abdeckung 26 sehr straff gestreckt ist, um für eine feste Sitzfläche zu sorgen, ist es auch möglich, dass die Blase 30 sich teilweise in die periphere Höhlung 50 ausdehnt, selbst wenn Sitz 12 nicht besetzt ist. In solchen Fällen kann eine Federvorrichtung (nicht dargestellt) zwischen der oberen und unteren Matte 32, 34 angeordnet werden, um die Matten 32, 34 getrennt so vorzuspannen, dass die Blase 30 sich nur in die periphere Höhlung 50 ausdehnt, wenn Sitz 12 besetzt ist.
3 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das repräsentativ für eine Softwareroutine ist, die vom elektronischen Controller 42 zum Auswerten der gemessenen Kapazität und zum Erzeugen einer entsprechenden Ausgabe zur Insassenanwesenheit auf Leitung 52 ausgeführt wird. Die illustrierte Routine kann während des Fahrzeugbetriebs periodisch oder beim Detektieren einer Änderung in den Fahrzeugbedingungen ausgeführt werden, die eine Änderung im Insassenstatus begleiten können. Mit Bezug auf 3 vergleicht der Block 60 die gemessene Kapazität CAP mit dem Schwellwert THR. Wenn CAP THR übersteigt, wird der Block 62 ausgeführt, um eine Anzeige auf Leitung 52 zu erzeugen, dass der Sitz 12 besetzt ist; anderenfalls wird der Block 64 ausgeführt, um eine Anzeige auf Leitung 52 zu erzeugen, dass der Sitz 12 leer ist.
Zusammengefasst stellt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einen leicht zu kalibrierenden und kostengünstigen Weg zum Detektieren des Vorhandenseins eines Insassen bereit. Obwohl die Vorrichtung mit Bezug auf die illustrierte Ausführungsform beschrieben wurde, versteht es sich, dass für Fachleute auf diesem Gebiet zahlreiche Modifizierungen zusätzlich zu den hierin erwähnten ersichtlich sind. Die periphere Höhlung 50 kann zum Beispiel teilweise oder ganz die halbstarre Matte 32 umgeben, die Matte 32 kann integral mit dem Kissen 16 gebildet werden, die Leiterplatten 38, 40 können auf jeder Seite der entsprechenden oberen und unteren Matten 32, 34 ange ordnet sein usw. Ferner ist zu erkennen, dass der Begriff Kapazität, wie hierin verwendet, einfach ein Weg zur Kennzeichnung der Änderung in der elektrischen Feldkopplung zwischen der oberen und unteren Leiterfolie ist, und jedes Verfahren zum Messen der Änderung einer solchen Kopplung ist für die Zwecke dieser Erfindung im Wesentlichen äquivalent. Es ist dementsprechend beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern den vollen Geltungsbereich hat, der durch den Text der nachfolgenden Ansprüche definiert wird. Die Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Vorrichtung (10) zur Detektion der Anwesenheit eines Insassen (54) auf einem Sitz (12), wobei die Vorrichtung umfasst: eine fluidgefüllte elastische Sitzblase (30), die in dem Sitz (12) angeordnet ist; einen oberen Leitfilm (38), der an oder in der Nähe einer oberen Oberfläche (30a) der Blase (30) angeordnet ist, und einen unteren Leitfilm (40), der im Wesentlichen parallel zu dem oberen Leitfilm (38) an oder in der Nähe einer unteren Oberfläche (30b) der Blase (30) angeordnet ist; eine halbstarre Unterlage (32), die nahe bei der oberen Oberfläche (30a) der Blase (30) angeordnet ist und eine Randausnehmung (50) aufweist, welche den oberen Leitfilm (38) zumindest teilweise umgibt, so dass sich ein Abschnitt der Blase (30) in die Ausnehmung (50) ausdehnt, wenn das Gewicht eines Insassen auf den Sitz (10) aufgebracht wird, um einen Abstand zwischen dem oberen und unteren Leitfilm (38, 40) zu verringern; und einen Controller (42) zur Ermittlung der Anwesenheit eines Insassen auf der Grundlage einer detektierten Änderung bei einer Kapazität oder einer Kopplung eines elektrischen Felds zwischen dem oberen und unteren Leitfilm (38, 40) aufgrund der Verringerung des Abstands zwischen dem oberen und unteren Leitfilm (38, 40).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der obere Leitfilm (38) auf der halbstarren Unterlage (32) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die umfasst: eine zweite Unterlage (34), die nahe bei der unteren Oberfläche (30b) der Blase (30) angeordnet ist, wobei der untere Leitfilm (40) an der zweiten Unterlage (34) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller (42) einen kalibrierten Schwellenwert und ein Mittel zum Vergleichen eines Maßes der Kapazität zwischen dem oberen und unteren Leitfilm (38, 40) mit dem Schwellenwert umfasst, um die Anwesenheit eines Insassen zu ermitteln (60, 62, 64).
Vorrichtung nach Anspruch 1, die umfasst: ein Mittel zur Vorspannung der halbstarren Unterlage (32) weg von der Blase (30), um zu verhindern, dass sich die Blase (30) in die Ausnehmung (50) ausdehnt, wenn auf den Sitz (12) kein Insassengewicht aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die halbstarre Unterlage (32) zwischen der Blase (30) und einem Polster (16) des Sitzes (12) angeordnet ist.