DE-112017000494-B4 - Kapazitiver Insassenklassifizierungssensor mit lastabhängigem Antennenbereich

Abstract

Ein kapazitives Sensorelement (130) einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18) umfasst ein erstes elektrisch leitendes Antennenelement (132) und mindestens ein zweites elektrisch leitendes Antennenelement (134), das ohne galvanische Verbindung miteinander angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) angeordnet ist. Mindestens ein elektrisch leitendes Überbrückungselement (146) ist fest an mindestens einem elastischen Abstandselement (148) angebracht, das elastische mechanische Eigenschaften in einer spezifizierten Richtung (54) aufweist. Falls eine mechanische Last (F) in der spezifizierten Richtung (54) auf das kapazitive Sensorelement (130) aufgebracht wird, die gleich dem oder größer als ein vorbestimmter Wert für die mechanische Last (F) ist, stellt das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) bereit.

Inventors

• Erik HOLZAPFEL
• Kwangbok Park

Assignees

• IEE INTERNATIONAL ELECTRONICS & ENGINEERING S.A.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20170116

Priority Date

20160125

Claims (11)

1. Kapazitives Sensorelement (130) einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18), wobei das kapazitive Sensorelement (130) ein erstes elektrisch leitendes Antennenelement (132), das elektrisch an eine Kapazitäts-Messschaltung (20) zur Bestimmung einer Kapazität des kapazitiven Sensorelements (130) anschließbar ist, umfasst gekennzeichnet durch - wenigstens ein zweites elektrisch leitendes Antennenelement (134), das ohne galvanische Verbindung miteinander angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) angeordnet ist, - wenigstens ein elektrisch leitendes Überbrückungselement (146), das so angeordnet ist, dass es in einer spezifizierten Richtung (54) teilweise das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) und das zweite elektrisch leitende Antennenelement (134) überlappt, - wenigstens ein elastisches Abstandselement (148), das zumindest in der spezifizierten Richtung (54) elastische mechanische Eigenschaften aufweist, wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) fest an dem wenigstens einen elastischen Abstandselement (148) angebracht ist, wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) und das zweite elektrisch leitende Antennenelement (134) galvanisch voneinander getrennt bleiben, wenn eine mechanische Last (F), die kleiner als ein vorbestimmter Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird, und wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) bereitstellt, wenn eine mechanische Last (F), die gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird.
2. Kapazitives Sensorelement (130) nach Anspruch 1 , wobei wenigstens eines von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) eine planare Ausführung hat und auf einer planaren Oberfläche (140) eines elektrisch isolierenden Trägerelements (138) angeordnet und an dieser angebracht ist.
3. Kapazitives Sensorelement (130) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei wenigstens eines von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) als ein elektrisch leitender Streifen ausgebildet ist, der fest auf einer Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats angebracht ist.
4. Kapazitives Sensorelement (130) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bereich, der von dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) eingefasst ist, einen Bereich umfasst, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) eingefasst ist.
5. Kapazitives Sensorelement (130) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein drittes elektrisch leitendes Antennenelement (136), das angrenzend ohne galvanische Verbindung zu dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement angeordnet ist, wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) eine einzelne Schleife bildet, ein Bereich, der von dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) eingefasst ist, einen Bereich umfasst, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) eingefasst ist, ein Bereich, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) eingefasst ist, einen Bereich umfasst, der von dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) eingefasst ist, und wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) und das dritte elektrisch leitende Antennenelement (136) galvanisch voneinander getrennt bleiben, wenn eine mechanische Last (F), die kleiner als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird, und wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) bereitstellt, wenn eine mechanische Last (F), die gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird.
6. Kapazitives Sensorelement (230) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , umfassend - mehrere zweite elektrisch leitende Antennenelemente (234), die in einer Ebene angeordnet sind und angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement (232) ohne galvanische Verbindung miteinander und ohne galvanische Verbindung zum ersten elektrisch leitenden Antennenelement (232) angeordnet sind, - mehrere elektrisch leitende Überbrückungselemente (246), die jeweils so angeordnet sind, dass sie teilweise das erste elektrisch leitende Antennenelement (232) und zumindest eines von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (234) in der spezifizierten Richtung (54) überlappen, - mehrere elastische Abstandselemente (248), die zumindest in der spezifizierten Richtung (54) elastische mechanische Eigenschaften aufweisen, wobei jedes von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen (246) fest an einem der mehreren elastischen Abstandselemente (248) angebracht ist, wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (232) und ein spezifisches von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (234), die teilweise von einem spezifischen von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen (246) überlappt sind, galvanisch voneinander getrennt bleiben, wenn eine mechanische Last (F), die kleiner als ein spezifischer vorbestimmter Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das spezifische eine von den mehreren elastischen Abstandselementen (248) angelegt wird, an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente (246) fest angebracht ist, und wobei das spezifische eine von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen (246) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (232) und dem spezifischen einen von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (234), die es teilweise überlappt, bereitstellt, wenn eine mechanische Last (F) gleich dem oder größer als der spezifische vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) in der spezifizierten Richtung (54) an das spezifische eine der mehreren elastischen Abstandselemente (248), an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente (246) fest angebracht ist, angelegt wird.
7. Kapazitives Sensorelement (130; 230) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine elektrisch leitende Schutzelektrode (142; 242), die proximal an dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132; 232), dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement oder den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (134; 234) und, falls zutreffend, dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) angeordnet und von diesen gegenseitig galvanisch isoliert ist, wobei die elektrisch leitende Schutzelektrode (142; 242) in der spezifizierten Richtung (54) im Wesentlichen den Bereich überlappt, der von einem von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132; 232), dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement oder den mehreren der zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente (134; 234) und, falls zutreffend, dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) eingefasst ist.
8. Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18), umfassend - wenigstens ein kapazitives Sensorelement (130; 230) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , - eine Kapazitäts-Messschaltung (20) zur Bestimmung einer Kapazität des kapazitiven Sensorelements (130; 230), und - eine Auswerteeinheit (26), die dafür konfiguriert ist, ein Ausgangssignal von der Kapazitäts-Messschaltung (20) zu empfangen und eine Sitzinsassenklassifizierung basierend auf einem Pegel des empfangenen Ausgangssignals und mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert des Ausgangssignals bereitzustellen.
9. Fahrzeugsitz (10), umfassend eine Sitzstruktur zum Errichten des Fahrzeugsitzes (10) auf einem Boden eines Fahrgastraums des Fahrzeugs, ein Sitzpolster (12) mit wenigstens einem Sitzschaumelement, eine Sitzgrundfläche, die von der Sitzstruktur unterstützt wird und dafür ausgelegt ist, das Sitzpolster (12) aufzunehmen, wobei die Sitzgrundfläche und das Sitzpolster (12) dafür vorgesehen sind, ein Gesäß eines Sitzinsassen zu unterstützen, eine Rückenlehne (16), die zum Unterstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen ist, und ein Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungssystem (18) nach Anspruch 8 .
10. Verwendung der Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18) nach Anspruch 8 in einem Fahrzeugsitz (10), der eine Sitzgrundfläche umfasst, die dafür ausgelegt ist, ein Sitzpolster (12) mit wenigstens einem Sitzschaumelement aufzunehmen, wobei die Sitzgrundfläche und das Sitzpolster (12) zum Unterstützen eines Gesäßes eines Sitzinsassen vorgesehen sind, und der eine Rückenlehne (16) umfasst, die zum Unterstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine kapazitive Sensorelement (30) an einem von dem Sitzpolster (12) oder der Rückenlehne (16) angeordnet ist.
11. Verwendung des kapazitiven Sensorelements (130; 230) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18) nach Anspruch 8 .

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein kapazitives Sensorelement einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung, eine Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung, die ein solches kapazitives Sensorelement umfasst, und einen Fahrzeugsitz, der eine solche Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung umfasst. Hintergrund der Erfindung Die Verwendung von Fahrzeugsitz-Belegungserkennungssystemen ist heutzutage in Fahrzeugen, insbesondere in Personenwagen, zum Bereitstellen eines Sitzbelegungssignals für verschiedene Geräte weit verbreitet, zum Beispiel zum Zweck eines Sicherheitsgurterinnerungssystems (Seat Belt Reminder, SBR) oder einer Aktivierungskontrolle für ein zusätzliches Rückhaltesystem (Auxiliary Restraint System, ARS). Sitzbelegungserkennungssysteme umfassen Sitzbelegungssensoren, die es bekanntlich in einer Reihe von Varianten gibt, z. B. basierend auf kapazitivem Fühlen, Fühlen der Verformung oder auf dem Fühlen von Druck/Kraft. Um Anforderungen betreffend eine einfache Integrierung und eine Feldtauglichkeit zu erfüllen, wurden typischerweise gewichtsempfindliche Sitzbelegungssensoren auf der B-Fläche eines Fahrzeugsitzes angeordnet, d. h. zwischen einem Schaumkörper eines Sitzpolsters und einer Sitzschale oder Polstertragfedern des Fahrzeugsitzes. Des Weiteren werden Fahrzeugsitz-Belegungserkennungssysteme bekanntlich als Mittel zur Einschätzung einer potentiellen Aktivierung eines installierten Passagierrückhaltesystems im Fahrzeug, wie eines Airbags, eingesetzt. Kapazitive Erkennungssysteme für Fahrzeuge mit kapazitiven Sensoren, die im Lademodus betrieben werden, werden auch zum Zweck der Erkennung einer Fahrzeugsitzbelegung verwendet. Die kapazitiven Sensoren können als kapazitive Messsensoren ohne Schutzelektrode mit einer einzelnen Fühlelektrode ausgeführt sein. Alternativ können sie als kapazitive Schutz-Fühlsensoren mit einer Fühlelektrode und einer Schutzelektrode, die proximal angeordnet und voneinander isoliert sind, ausgeführt sein. Es ist auf dem Fachgebiet ferner bekannt, kapazitive Sensoren und gewichtsempfindliche Sensoren in Fahrzeugsitz-Belegungserkennungssystemen zu kombinieren. Zum Beispiel beschreibt das Patent US 7 180 306 B2 ein Insassenerkennungssystem, das einen Gewichtssensor und einen elektrischen Feldsensor umfasst, die jeweils betrieblich an einen Sitz gekoppelt sind. Der elektrische Feldsensor erzeugt ein elektrisches Feld aus mindestens einer Elektrode im Boden des Sitzes, sorgt für die Erzeugung einer Reaktion auf den Einfluss des Insassen und ist dazu geeignet, die Reaktion auf den Zustand eines sitzenden Kleinkinds oder Kinds von einem anderen Sitzzustand zu unterscheiden. Falls ein Gewichtsmaß von dem Gewichtssensor unter einem Schwellenwert liegt, oder falls ein Sitzzustand eines Kindes von dem elektrischen Feldsensor erkannt wird, sorgt ein Signalprozessor für die Deaktivierung eines zugeordneten Rückhaltestellglieds. Der elektrische Feldsensor kann mehrere Elektroden über eine erste und eine zweite Region in unterschiedlicher Nähe zu einem sitzenden Kleinkind oder Kind, oder wenigstens eine Elektrode in Zusammenwirkung mit einer Abschirmung oder einem Leerraum über mindestens eine der Regionen umfassen. Eine weitere Insassenerkennungseinrichtung mit kombinierten Sensoren zum Erkennen eines auf dem Beifahrersitz eines Fahrzeugs sitzenden Insassen ist in der Patentanmeldung US 2002 / 0 038 947 A1 beschrieben. Die Insassenerkennungseinrichtung umfasst mehrere elektrische Feldsensoren, die in einem unteren Teil und einem hinteren Teil des Sitzes vorgesehen sind, sowie einen mechanischen Lastsensor und einen Beschleunigungssensor. Die elektrischen Feldsensoren sind mit einer Steuereinheit verbunden, die einen Hochfrequenz-Oszillator, einen Widerstand, einen Spannungspuffer und einen Detektor umfasst. Antennenelektroden werden von den Selektoren ausgewählt und zwischen dem Widerstand und einem Spannungspuffer angeschlossen. Ein Analog-Digital-Wandler führt an Ausgangssignalen der ausgewählten elektrischen Feldsensoren eine Analog-Digital-Wandlung aus. Digitale Ausgangssignale der elektrischen Feldsensoren, des mechanischen Lastsensors und des Beschleunigungssensors sind an eine Zentraleinheit angeschlossen, die nach vorbestimmten Kriterien basierend auf den Sensorausgangssignalen eine Sitzbelegung bestimmt. Bei einer weiteren Lösung des Stands der Technik, die in dem Dokument EP 2 062 789 A1 offenbart ist, kombiniert ein Insassenerkennungssystem für einen Fahrzeugsitz einen auf Kapazität basierenden Belegungssensor und einen auf Gewicht basierenden Belegungssensor. Der auf Kapazität basierende Sensor umfasst eine Antennenanordnung und liefert ein Belegungssignal entsprechend einer Belegung des Sitzes durch einen Erwachsenen. Der auf Gewicht basierende Belegungssensor ist ein Schaltsensor, der innerhalb der Antennenanordnung des auf Kapazität basierenden Sensors integrie