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DE-112016005734-B4 - Kapazitives Insassenerkennungssystem mit Isofix-Unterscheidung

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Abstract

Zusätzlich zum Lademodus einer kapazitiven Erfassungsvorrichtung (12) eines Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems (10) ist ein zweiter Messmodus eingebracht, der eine Unterscheidung von Objekten (KRS oder Mensch) mit und ohne Masseverbindungszustand ermöglicht. Die Daten werden in Abhängigkeit von dem Wert der zweiten Messung verschiedenen Gruppen zugeordnet, die von verschiedenen Schwellwerten im Lademodus abhängig sind. Dies bedeutet, dass, wenn die zweite Messung einen Masseverbindungszustand des Objekts angibt, ein höherer Schwellwert im Lademodus angewendet wird. Auf diese Weise wird ein durch ISOFIX-Verankerungen mit Masse verbundenes Kinderrückhaltesystem mittels des höheren Schwellwerts klassifiziert, was zu einer zu einer Steigerung der Robustheit führt. Typische Sitzpositionen des Menschen weisen keinen Masseverbindungszustand auf und werden durch den niedrigeren Schwellwert klassifiziert.

Inventors

  • Frank Althaus
  • Erik HOLZAPFEL
  • Arnaud Meurens
  • Ingrid Scheckenbach
  • Daniel Ferring
  • Oleg ZEILER
  • Günter Goedert
  • Edmund Marx
  • Michael Puetz

Assignees

  • IEE INTERNATIONAL ELECTRONICS & ENGINEERING S.A.

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20161202
Priority Date
20151215

Claims (16)

  1. Kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) für ein Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10), umfassend - einen kapazitiven Sensor (16), der zumindest eine erste elektrisch leitende Antennenelektrode (18) und eine zweite elektrisch leitende Antennenelektrode (20) umfasst, - eine Impedanzmessschaltung (14), die Folgendes umfasst: - eine Signalspannungsquelle, die dafür konfiguriert ist, bezogen auf ein Massepotential (64) ein periodisches elektrisches Messsignal an einem Ausgangsanschluss bereitzustellen, und - mindestens ein Erfassungsstrom-Messmittel, das dafür konfiguriert ist, komplexe Erfassungsströme bezogen auf eine Referenzspannung zu messen, dadurch gekennzeichnet dass die Impedanzmessschaltung (14) derart an den kapazitiven Sensor (16) elektrisch anschließbar ist, dass - zumindest die erste Antennenelektrode (18) an den Ausgangsanschluss elektrisch anschließbar ist, um das elektrische Messsignal zu empfangen, - die zweite Antennenelektrode (20) über mindestens ein steuerbares Schaltelement entweder an das Massepotential (64) oder an ein elektrisches Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar ist, wobei die komplexen Erfassungsströme in dem kapazitiven Sensor (16) durch das bereitgestellte periodische Messsignal erzeugt werden, dass die kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) eine Signalverarbeitungseinheit (22) aufweist, die dafür konfiguriert ist, - zumindest eine erste komplexe Impedanz aus einem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode (18) zu ermitteln, wenn die zweite Antennenelektrode (20) an das Massepotential (64) elektrisch angeschlossen ist, und - eine zweite komplexe Impedanz aus einem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode (18) zu ermitteln, wenn die zweite Antennenelektrode (20) an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch angeschlossen ist, und - Ausgangssignale (24) bereitzustellen, die für die ermittelten komplexen Impedanzen repräsentativ sind;. und dass die kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) eine eine Steuer- und Auswerteeinheit (26) aufweist, die dafür konfiguriert ist, - die durch die Signalverarbeitungseinheit (22) bereitgestellten Ausgangssignale (24) zu empfangen, abhängig von einer Beziehung zwischen der ersten und zweiten komplexen Impedanz, mindestens einen Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz auszuwählen, - die komplexen Impedanzen aus dem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode (18) mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und - basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens, eine Sitzbelegungsklasse zu ermitteln.
  2. Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10), insbesondere Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10), umfassend - eine kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) nach Anspruch 1 , wobei der kapazitive Sensor (16) derart an die Impedanzmessschaltung (14) elektrisch anschließbar ist, dass ein Strom durch die zweite Antennenelektrode (20) durch die Impedanzmessschaltung (14) messbar ist, und wobei die Signalverarbeitungseinheit (22) ferner dafür konfiguriert ist, zumindest eine komplexe Impedanz aus einem bezogen auf das komplexe Bezugspotential ermittelten gemessenen Strom durch die zweite Antennenelektrode (20) zu ermitteln, und - eine Steuer- und Auswerteeinheit (26), die dafür konfiguriert ist, die durch die Signalverarbeitungseinheit (22) bereitgestellten Ausgangssignale (24) zu empfangen, abhängig von einem Ergebnis der komplexen Impedanz aus dem gemessenen Strom durch die zweite Antennenelektrode (20), mindestens einen Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz auszuwählen, die komplexen Impedanzen aus dem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode (18) mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens, eine Sitzbelegungsklasse zu ermitteln.
  3. Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10), insbesondere Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10), umfassend eine kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) nach Anspruch 1 .
  4. Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10), insbesondere Fahrzeugsitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10), umfassend - eine kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) nach Anspruch 1 , wobei der kapazitive Sensor (16) derart an die Impedanzmessschaltung (14) elektrisch anschließbar ist, dass die zweite Antennenelektrode (20) über das mindestens eine steuerbare Schaltelement abwechselnd an das Massepotential (64) und an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch anschließbar ist, und wobei die Signalverarbeitungseinheit (22) ferner dafür konfiguriert ist, zumindest eine Differenz zwischen der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz zu ermitteln, und - eine Steuer- und Auswerteeinheit (26), die dafür konfiguriert ist, abhängig von der Differenz zwischen der ersten und zweiten komplexen Impedanz, mindestens einen Schwellwert aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz auszuwählen, die komplexen Impedanzen aus dem gemessenen Strom durch die erste Antennenelektrode (18) mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens, eine Sitzbelegungsklasse zu ermitteln.
  5. Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10) nach Anspruch 3 oder 4 , wobei die kapazitive Erfassungsvorrichtung (12) mindestens ein fernsteuerbares Schaltelement umfasst und das Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10) eine Schalt-Fernsteuereinheit zum Fernsteuern des mindestens einen fernsteuerbaren Schaltelements umfasst.
  6. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10) nach Anspruch 5 , wobei die Schalt-Fernsteuereinheit dafür konfiguriert ist, das fernsteuerbare Schaltelement periodisch derart zu schalten, dass es einen elektrischen Anschluss der zweiten Antennenelektrode (20) für einen vorgegebenen Zeitraum von einem an das elektrische Massepotential (64) elektrisch angeschlossenen Zustand in einen an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch angeschlossenen Zustand und nach Ablauf des Zeitraums zurück in einen an das elektrische Massepotential (64) elektrisch angeschlossenen Zustand umändert.
  7. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6 , ferner umfassend einen kapazitiven Sensor (16), wobei der kapazitive Sensor (16) zumindest an den Ausgangsanschluss der Signalspannungsquelle und an das Erfassungsstrom-Messmittel elektrisch angeschlossen ist.
  8. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7 , wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (26) dafür konfiguriert ist, ein Klassifizierungsausgangssignal (28) zu erzeugen, das die ermittelte Sitzbelegungsklasse angibt.
  9. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6 , wobei der mindestens eine Schwellwert von den vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz durch eine Linie in einem zweidimensionalen Diagramm dargestellt werden kann, das durch einen Realteil und einen Imaginärteil der komplexen Impedanz aufgespannt ist.
  10. Verfahren zum Betrieb des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems (10) nach Anspruch 2 , umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen (70) eines periodischen elektrischen Messsignals an der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16), - Ermitteln (72) eines komplexen Erfassungsstroms, der in der zweiten Antennenelektrode (20) des kapazitiven Sensors (16) als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16) bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird, - Vergleichen (76) des ermittelten komplexen Erfassungsstroms mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert für den komplexen Erfassungsstrom, - abhängig von dem Ergebnis des Schritts des Vergleichens (76), Auswählen (78) mindestens eines Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz, - Ermitteln (80) eines komplexen Erfassungsstroms, der in der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16) als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16) bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird, - Ermitteln (82) einer komplexen Impedanz aus dem bezogen auf das komplexe Bezugspotential gemessenen komplexen Erfassungsstrom in der ersten Antennenelektrode (18), - Vergleichen (84) der ermittelten komplexen Impedanz mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz, und - Ermitteln (86) einer Sitzbelegungsklasse für die ermittelte komplexe Impedanz in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen der ermittelten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz.
  11. Verfahren zum Betrieb des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems (10) nach Anspruch 3 bis 9 , umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen (70) eines periodischen elektrischen Messsignals an der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16), - elektrisches Anschließen der zweiten Antennenelektrode (20) an das Massepotential (64), - Ermitteln eines ersten komplexen Erfassungsstroms, der in der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16) als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16) bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird, - Ermitteln einer ersten komplexen Impedanz aus dem bezogen auf das komplexe Bezugspotential gemessenen ermittelten ersten komplexen Erfassungsstrom in der ersten Antennenelektrode (18), - Wechseln des elektrischen Anschlusses der zweiten Antennenelektrode (20) von dem Massepotential (64) zu dem elektrischen Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses, - Ermitteln eines zweiten komplexen Erfassungsstroms, der in der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16) als Reaktion auf das der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16) bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird, - Ermitteln einer zweiten komplexen Impedanz aus dem bezogen auf das komplexe Bezugspotential gemessenen ermittelten ersten komplexen Erfassungsstrom in der ersten Antennenelektrode (18), - Ermitteln einer Differenz der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz, - Vergleichen der ermittelten Differenz der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert für die Differenz der komplexen Impedanz, - abhängig von dem Ergebnis des Schritts des Vergleichens, Auswählen mindestens eines Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz, - Vergleichen der ermittelten ersten komplexen Impedanz mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz, - Ermitteln einer Sitzbelegungsklasse für die ermittelte erste komplexe Impedanz in Abhängigkeit von mindestens einer Beziehung zwischen der ermittelten ersten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz.
  12. Verfahren zum Betrieb des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems (10) nach Anspruch 4 bis 9 , umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen (70) eines periodischen elektrischen Messsignals an der ersten Antennenelektrode (18) des kapazitiven Sensors (16), - abwechselndes Anschließen der zweiten Antennenelektrode (20) an das Massepotential (64) und an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses, - Ermitteln einer Differenz zwischen einer ersten komplexen Impedanz der ersten Antennenelektrode (18), wobei die zweite Antennenelektrode (20) an das Massepotential (64) elektrisch angeschlossen ist, und einer zweiten komplexen Impedanz der ersten Antennenelektrode (18), wobei die zweite Antennenelektrode (20) an das elektrische Wechselstrompotential des Ausgangsanschlusses elektrisch angeschlossen ist, - Vergleichen der ermittelten Differenz der ersten komplexen Impedanz und der zweiten komplexen Impedanz mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert für die Differenz der komplexen Impedanz, - abhängig von dem Ergebnis des Schritts des Vergleichens, Auswählen mindestens eines Schwellwerts aus vorgegebenen Schwellwerten für komplexe Impedanz, - Vergleichen der ermittelten ersten komplexen Impedanz mit dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz, - Ermitteln einer Sitzbelegungsklasse für die ermittelte erste komplexe Impedanz in Abhängigkeit von mindestens einer Beziehung zwischen der ermittelten ersten komplexen Impedanz und dem mindestens einen ausgewählten vorgegebenen Schwellwert für komplexe Impedanz.
  13. Sitz (34), insbesondere Fahrzeugsitz, umfassend - ein Sitzkissen (38) mit mindestens einem Sitzschaumstoffelement, - einen Sitzträger (36), der dafür konfiguriert ist, zumindest einen Abschnitt des Sitzkissens (38) aufzunehmen, wobei der Sitzträger (36) und das Sitzkissen (38) zum Tragen eines Gesäßes eines Sitzbenutzers vorgesehen sind, - eine Rückenlehne (40), die zum Halten eines Rückens des Sitzbenutzers vorgesehen ist, und - ein Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem (10) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 9 , wobei der kapazitive Sensor (16) an mindestens einem von dem Sitzkissen (38) und der Rückenlehne (40) angeordnet ist.
  14. Sitz (34) nach Anspruch 13 , wobei mindestens eine von der ersten Antennenelektrode (18) und der zweiten Antennenelektrode (20) durch ein elektrisches Sitzheizelement ausgebildet ist, das im Sitz (34) eingebaut ist.
  15. Softwaremodul (58) zur Durchführung des Verfahrens nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12 , wobei die durchzuführenden Verfahrensschritte in einen Programmcode des Softwaremoduls (58) umgewandelt sind, wobei der Programmcode in einer digitalen Datenspeichereinheit des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems (10) oder einer separaten Steuereinheit implementierbar ist und durch eine Prozessoreinheit des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems (10) oder eine separate Steuereinheit ausführbar ist.
  16. Verwendung des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems (10) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 9 in einem Fahrzeugsitz, der Folgendes umfasst: - eine Sitzstruktur zum Montieren des Fahrzeugsitzes auf einem Fahrgastzellenboden des Fahrzeugs, - ein Sitzkissen (38) mit mindestens einem Sitzschaumstoffelement, - einen Sitzträger (36), der von der Sitzstruktur getragen ist und für die Aufnahme des Sitzkissens (38) konfiguriert ist, wobei der Sitzträger (36) und das Sitzkissen (38) zum Tragen eines Gesäßes eines Sitzbenutzers vorgesehen sind, - eine Rückenlehne (40), die zum Halten eines Rückens des Sitzbenutzers vorgesehen ist, wobei das kapazitive Sensorelement (16) an mindestens einem von dem Sitzkissen (38) und der Rückenlehne (40) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft eine kapazitive Erfassungsvorrichtung, ein eine solche kapazitive Erfassungsvorrichtung umfassendes Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystem, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und -klassifizierungssystems und ein Softwaremodul zur Durchführung des Verfahrens. Hintergrund der Erfindung In Fahrzeugen und insbesondere in Personenkraftwagen werden heutzutage Sitzbenutzererkennungs- und/oder -klassifizierungssysteme weithin verwendet, um ein Sitzbenutzersignal für verschiedene Geräte wie beispielsweise für die Zwecke eines Gurtwarnsystems (SBR; seat belt reminder system) oder einer Aktivierungssteuerung für ein Zusatzrückhaltesystem (ARS; auxiliary restraint system) zur Verfügung zu stellen. Sitzbenutzererkennungs- und/oder -klassifizierungssysteme umfassen Sitzbenutzersensoren, die bekannterweise in einer Vielzahl von Varianten vorkommen und insbesondere auf der kapazitiven Erfassung basieren. Ein Ausgangssignal des Sitzbenutzererkennungs- und/oder -klassifizierungssystems wird normalerweise zu einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs übertragen, um beispielsweise als Grundlage für eine Entscheidung für das Entfalten eines Airbagsystems in Richtung des Fahrzeugsitzes zu dienen. Ein kapazitiver Sensor, der von Einigen als „E-Feld-Sensor“ oder „Näherungssensor“ bezeichnet wird, bedeutet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss dessen anspricht, was bei einem elektrischen Feld erfasst wird (eine Person, ein Körperteil einer Person, ein Haustier, ein Gegenstand usw.). Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen mindestens eine Antennenelektrode, an welche bei eingeschaltetem Sensor ein oszillierendes elektrisches Signal angelegt wird und welche danach ein elektrisches Feld in einem der Antennenelektrode nahen räumlichen Bereich aufbaut. Der Sensor umfasst mindestens eine Erfassungselektrode - welche die eine oder die mehreren Antennenelektroden selbst umfassen könnte -, an welcher der Einfluss eines Gegenstands oder Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird. Die verschiedenen kapazitiven Erfassungsmechanismen werden beispielsweise in der technischen Abhandlung mit dem Titel „Electric Field Sensing for Graphical Interfaces“ von J. R. Smith et al. erklärt, die in IEEE Computer Graphics and Applications, 18 (3): 54-60, 1998, veröffentlicht wurde. Die Abhandlung beschreibt das Konzept der Erfassung eines elektrischen Feldes, wobei das Konzept verwendet wird, um berührungslose dreidimensionale Positionsmessungen durchzuführen und um insbesondere die Position einer menschlichen Hand mit dem Zweck zu erfassen, einem Computer dreidimensionale Eingaben der Position bereitzustellen. Der Autor unterscheidet bei dem allgemeinen Konzept der kapazitiven Erfassung zwischen einzelnen Mechanismen, die er als „loading mode“ (Lademodus), „shunt mode“ (Nebenschlussmodus) und „transmit mode“ (Sendemodus) bezeichnet, welche verschiedenen möglichen Wegen des elektrischen Stroms entsprechen. Im „Lademodus“ wird ein oszillierendes Spannungssignal an eine Sendeelektrode angelegt, die ein oszillierendes elektrisches Feld gegen Masse aufbaut. Das zu erfassende Objekt modifiziert die Kapazität zwischen der Sendeelektrode und Masse. Im „Nebenschlussmodus“, der alternativ auch als „Kopplungsmodus“ bezeichnet wird, wird ein oszillierendes Spannungssignal an die Sendeelektrode angelegt, die ein elektrisches Feld gegen eine Empfangselektrode aufbaut, und der an der Empfangselektrode induzierte Verschiebungsstrom wird gemessen, wodurch der Verschiebungsstrom durch den Körper, der gerade erfasst wird, modifiziert werden kann. Im „Sendemodus“ wird die Sendeelektrode mit dem Körper des Benutzers in Kontakt gebracht, der dann entweder durch direkte elektrische Verbindung oder über kapazitive Kopplung ein Sender relativ zu einem Empfänger wird. Die kapazitive Kopplung wird im Allgemeinen ermittelt, indem ein Wechselspannungssignal an eine kapazitive Antennenelektrode angelegt wird und der Strom gemessen wird, der von der Antennenelektrode entweder zu Masse (im Lademodus) oder im Falle des Kopplungsmodus in die zweite Elektrode (Empfangselektrode) fließt. Dieser Strom wird normalerweise mittels eines Transimpedanzverstärkers gemessen, der an die Erfassungselektrode angeschlossen ist und der einen in die Erfassungselektrode fließenden Strom in eine Spannung umwandelt, die proportional zu dem in die Antennenelektrode fließenden Strom ist. Einige kapazitive Sensoren sind als nur erfassende kapazitive Sensoren mit einer einzigen Erfassungselektrode ausgelegt. Ferner werden ziemlich oft kapazitive Sensoren benutzt, die eine Erfassungselektrode und eine Schutzelektrode umfassen, die nahe beieinander angeordnet und gegenseitig voneinander isoliert sind. Diese Methode des „Schützens“ ist in der Technik weithin bekannt und wird häufig zum zweckbestimmten Maskieren und somit Gestalten eines Empfindlichkeitszustands eines kapazitiven Se