DE-112017000505-B4 - Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem

Abstract

Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16), insbesondere Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16), umfassend eine Impedanzmessschaltung (18) und eine Steuer- und Auswerteeinheit (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzmessschaltung (18) Folgendes umfasst: - eine Signalspannungsquelle (20), die dafür ausgelegt ist, periodische elektrische Messsignale an einen Ausgangsanschluss (22) anzulegen, wobei ein kapazitiver Sensor (36) elektrisch an den Ausgangsanschluss (22) anschließbar ist, um die elektrischen Messsignale zu empfangen, und wobei die Signalspannungsquelle (20) dafür ausgelegt ist, periodische Messsignale von N verschiedenen Grundfrequenzen zu erzeugen, wobei N eine natürliche Zahl von wenigstens 3 ist, - eine Abfühlstrom-Messschaltung (24), die dafür ausgelegt ist, komplexe Abfühlströme zu bestimmen, die in dem kapazitiven Sensor (36) durch die bereitgestellten periodischen Messsignale der wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen erzeugt werden, - eine Signalverarbeitungseinheit (26), die dafür ausgelegt ist, eine komplexe Impedanz aus jedem der bestimmten Abfühlströme mit Bezug auf ein komplexes Bezugspotential zu bestimmen, und Ausgangssignale (28) bereitzustellen, die für die komplexen Impedanzen repräsentativ sind, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (30) dafür ausgelegt ist, die von der Signalverarbeitungseinheit (26) bereitgestellten Ausgangssignale (28) zu empfangen, jede der komplexen Impedanzen, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, mit vorbestimmten Schwellenwerten zu vergleichen, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs eine Sitzbelegungsklasse für jede einzelne der komplexen Impedanzen, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, zu bestimmen und eine endgültige Sitzbelegungsklasse zu bestimmen, die von einer Majoritätsentscheidung aus den Sitzbelegungsklassen hergeleitet wird, die für jede einzelne der komplexen Impedanzen bestimmt worden sind, die bei einer der wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, wobei N gleich [(2 x n) + 1] ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist, die die Zahl an potentiellen Resonanzen oder elektromagnetischen (EM) Schmalbandinterferenzen darstellt.

Inventors

• Laurent Lamesch
• Michael Puetz

Assignees

• IEE INTERNATIONAL ELECTRONICS & ENGINEERING S.A.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20170124

Priority Date

20160126

Claims (10)

1. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16), insbesondere Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16), umfassend eine Impedanzmessschaltung (18) und eine Steuer- und Auswerteeinheit (30), dadurch gekennzeichnet , dass die Impedanzmessschaltung (18) Folgendes umfasst: - eine Signalspannungsquelle (20), die dafür ausgelegt ist, periodische elektrische Messsignale an einen Ausgangsanschluss (22) anzulegen, wobei ein kapazitiver Sensor (36) elektrisch an den Ausgangsanschluss (22) anschließbar ist, um die elektrischen Messsignale zu empfangen, und wobei die Signalspannungsquelle (20) dafür ausgelegt ist, periodische Messsignale von N verschiedenen Grundfrequenzen zu erzeugen, wobei N eine natürliche Zahl von wenigstens 3 ist, - eine Abfühlstrom-Messschaltung (24), die dafür ausgelegt ist, komplexe Abfühlströme zu bestimmen, die in dem kapazitiven Sensor (36) durch die bereitgestellten periodischen Messsignale der wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen erzeugt werden, - eine Signalverarbeitungseinheit (26), die dafür ausgelegt ist, eine komplexe Impedanz aus jedem der bestimmten Abfühlströme mit Bezug auf ein komplexes Bezugspotential zu bestimmen, und Ausgangssignale (28) bereitzustellen, die für die komplexen Impedanzen repräsentativ sind, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (30) dafür ausgelegt ist, die von der Signalverarbeitungseinheit (26) bereitgestellten Ausgangssignale (28) zu empfangen, jede der komplexen Impedanzen, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, mit vorbestimmten Schwellenwerten zu vergleichen, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs eine Sitzbelegungsklasse für jede einzelne der komplexen Impedanzen, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, zu bestimmen und eine endgültige Sitzbelegungsklasse zu bestimmen, die von einer Majoritätsentscheidung aus den Sitzbelegungsklassen hergeleitet wird, die für jede einzelne der komplexen Impedanzen bestimmt worden sind, die bei einer der wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, wobei N gleich [(2 x n) + 1] ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist, die die Zahl an potentiellen Resonanzen oder elektromagnetischen (EM) Schmalbandinterferenzen darstellt.
2. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16) nach Anspruch 1 , wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (30) dafür ausgelegt ist, ein Ausgangssignal (32) zu erzeugen, welches die bestimmte endgültige Sitzbelegungsklasse anzeigt.
3. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei N gleich [(2 x n) + 1 + k] ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist, n die Anzahl an potentiellen Resonanzen darstellt und k eine Zahl von potentiellen Schmalbandinterferenzen der Impedanzmessschaltung (18) im eingebauten Zustand ist.
4. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verschiedenen Grundfrequenzen aus einem Frequenzbereich zwischen 1 MHz und 10 MHz ausgewählt sind.
5. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalspannungsquelle (20) dafür ausgelegt ist, die periodischen Messsignale der wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen simultan zu erzeugen.
6. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Majoritätsentscheidung zur Bestimmung einer endgültigen Sitzbelegungsklasse aus den Sitzbelegungsklassen, die für jede einzelne der komplexen Impedanzen bestimmt worden sind, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind, als M > n + 1 2 + p mit p < n + 1 2 ausgedrückt werden kann, wobei M die Anzahl an komplexen Impedanzen ist, für die eine spezifische Sitzbelegungsklasse bestimmt worden ist, und p eine natürliche Zahl einschließlich null ist.
7. Kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen kapazitiven Sensor (36), wobei der kapazitive Sensor (36) elektrisch an den Ausgangsanschluss (22) der Signalspannungsquelle (20) und an die Abfühlstrom-Messschaltung (24) angeschlossen ist.
8. 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 (14), die zum Unterstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen ist, und - ein Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und Klassifizierungssystem (16) nach Anspruch 7 , wobei der kapazitive Sensor (36) am Sitzpolster (12) oder an der Rückenlehne (14) angeordnet ist.
9. Verfahren zum Betreiben des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystems (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen (58) eines periodischen elektrischen Messsignals einer ersten Grundfrequenz aus den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen für den kapazitiven Sensor (36), wobei N gleich [(2 x n) + 1] ist, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist, die die Zahl an potentiellen Resonanzen oder elektromagnetischen (EM) Schmalbandinterferenzen darstellt, - Bestimmen (60) eines komplexen Abfühlstroms, der in dem kapazitiven Sensor (36) in Reaktion auf das bereitgestellte periodische elektrische Messsignal erzeugt wird, - Bestimmen (62), anhand eines komplexen Bezugspotentials, einer komplexen Impedanz aus dem bestimmten Abfühlstrom, - Vergleichen (66) der bestimmten komplexen Impedanz mit vorbestimmten Schwellenwerten, - Bestimmen (68) einer Sitzbelegungsklasse für die bestimmte komplexe Impedanz, - Wiederholen der vorangehenden Schritte (58-68) für die Restlichen der periodischen Messsignale der wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen, und - Bestimmen (70) einer endgültigen Sitzbelegungsklasse durch Vornehmen einer Majoritätsentscheidung unter den Sitzbelegungsklassen, die für jede einzelne der komplexen Impedanzen bestimmt worden sind, die bei den wenigstens N verschiedenen Grundfrequenzen bestimmt worden sind.
10. Verwendung des kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystems (16) nach Anspruch 7 in einem Fahrzeugsitz (10), der Folgendes umfasst: - 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 (14), die zum Unterstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen ist, wobei das kapazitive Sensorelement (36) an dem Sitzpolster (12) oder an der Rückenlehne (14) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem, insbesondere ein Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und Klassifizierungssystem, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen kapazitiven Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystems und einen Fahrzeugsitz, der ein solches kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem umfasst. Hintergrund der Erfindung Die Verwendung von Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und/oder Klassifizierungssystemen 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). Zahlreiche Sitzbelegungserkennungs- und/oder Klassifizierungssysteme umfassen Sitzbelegungssensoren, die auf kapazitivem Abfühlen unter Einsatz von kapazitiven Sensoren basieren. Der Begriff „kapazitiver Sensor“ bezeichnet einen Sensor, der ein Signal erzeugt, das auf den Einfluss des Erfassten (einer Person, eines Körperteils einer Person, eines Haustiers, eines Gegenstands, usw.) auf ein elektrisches Feld reagiert. Ein kapazitiver Sensor umfasst im Allgemeinen wenigstens eine Antennenelektrode, an die ein elektrisches oszillierendes Signal angelegt wird und die daraufhin ein elektrisches Feld in einen Raumbereich nahe der Antennenelektrode ausgibt, während der Sensor in Betrieb ist. Der Sensor weist wenigstens eine Abfühlelektrode auf, die zu Emissionsantennenelektroden identisch oder dazu verschieden sein kann, an der der Einfluss eines Gegenstands oder eines Lebewesens auf das elektrische Feld erkannt wird. Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und/oder Klassifizierungssysteme werden bekanntlich als Mittel zur Einschätzung einer potentiellen Aktivierung eines eingebauten Passagierrückhaltesystems im Fahrzeug, wie eines Airbags, eingesetzt. Ein Ausgangssignal des Sitzbelegungserkennungs- und/oder Klassifizierungssystems wird normalerweise an eine elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs übertragen, um zum Beispiel als Grundlage für eine Entscheidung zu dienen, ein Airbagsystem für den Fahrzeugsitz einzusetzen. Die Internationale Anmeldung WO 2011/079092 A1 beschreibt ein Insassenerkennungssystem und ein Verfahren zum Erkennen eines auf einem Fahrzeugsitz sitzenden Insassen. Eine Elektrode ist in einem Sitz nahe einer erwarteten Stelle eines Insassen zum Abfühlen eines Insassen in ihrer Nähe angeordnet. Die Elektrode kann mit einer Sitzheizung integriert sein. Eine Steuerschaltung steuert die Sitzheizung. Ein Signalgenerator ist an die Elektrode gekoppelt und dafür ausgelegt, mehrere Signale mit mehreren Frequenzen an die Elektrode auszugeben. Die Insassenerkennungsschaltung erkennt Spannungen, die auf die mehreren Signale mit den mehreren Frequenzen reagieren und erkennt, basierend auf den erkannten Spannungen, einen Belegungszustand. Eine an die Elektrode gekoppelte LC-Schaltung und die Steuerschaltung unterdrücken die von der Steuerschaltung erzeugte Kapazität. Das Dokument EP 2 572 943 A1 offenbart ein kombiniertes Heiz- und kapazitives Sitzinsassen-Abfühlsystem. Das System umfasst ein Heizelement, das auch als Antennenelektrode für eine kapazitive Abfühlschaltung verwendet wird. Das System umfasst ferner eine Gleichtaktdrossel, die an die Anschlüsse des Heizelements angeschlossen ist, um das Heizelement an eine Heizstromversorgung mit Gleichstrom zu koppeln. Das kapazitive Abfühlen ist dafür ausgelegt, zwei Wechselströme mit zwei verschiedenen Frequenzen in das Heizelement einzuspeisen und basierend auf Berechnungen unter Berücksichtigung des Verhaltens der Gleichtaktdrossel die Belegung des Sitzes zu bestimmen. Weitere Systeme bzw. Verfahren zur Erkennung und/oder Klassifizierung von Fahrzeuginsassen sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2007 063 034 A1, DE 10 2011 005 551 A1 und DE 11 2010 004 513 T5 bekannt. Aufgabe der Erfindung Es wurde beobachtet, dass eine kapazitive Messschaltung eines Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und/oder Klassifizierungssystems, das für einen Betrieb mit einer Trägerfrequenz von > 1 MHz (zum Beispiel 4 bis 6 MHz) ausgelegt ist, leicht durch in dem Messsystem auf Grund von parasitären Induktivitäten und Kapazitäten vorliegende Resonanzen gestört wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kapazitive Messschaltung für ein Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und/oder Klassifizierungssystem mit einer verbesserten Robustheit hinsichtlich einer Fähigkeit, eine Sitzbelegung korrekt zu klassifizieren, zur Verfügung zu stellen. Allgemeine Beschreibung der Erfindung Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein kapazitives Sitzbelegungserkennungs- und Klassifizierungssystem, insbesondere ein Fahrzeugsitz-Belegungserkennungs- und Klassifizierungssystem, gelöst, das eine Impedanzmesssch