用于车辆座椅的座椅占用检测和乘客分类设备的制作方法

本发明涉及一种用于车辆座椅的座椅占用检测和乘客分类设备，其具有导电表面元件以及传感器装置，该导电表面元件以绝缘的方式放置在车辆座椅的大致平行于其座椅椅垫的座椅部分中，并且该导电表面元件可被暴露于测量信号，该传感器装置放置在车辆座椅的靠背部分中并且藉由该传感器装置可以检测施加到该座椅部分侧上的导电表面元件的测量信号。

背景技术：

这种座椅占用检测和乘客分类设备与智能安全气囊系统结合使用，以确保按需致动安全气囊。这种座椅占用检测和乘客分类设备往往用在乘客座椅中。

这种座椅占用检测和乘客分类设备旨在藉由其乘客分类设备来确保在乘客座椅被车辆乘客占用的情形中，有可能确定哪类人员就坐在乘客座椅中，其中还应当有可能检测相关人员相对于乘客座椅的就座位置。位于乘客座椅中的人员应当能以不同的乘客类别来分类。

原则上，还有可能藉由座椅占用检测和乘客分类设备来提醒车辆乘客系紧安全带，为此目的，该座椅占用检测和乘客分类设备可被连接到安全带提醒器(sbr)。

进行车辆乘客的分类以便能够取决于针对每种情形中的占用车辆座椅的人所确定的乘客类别来控制自适应约束系统组件。

在此情形中生成以下乘客类别：

类别0：空座椅

类别1：儿童座椅中的1岁儿童或更年轻的儿童

类别1或类别2：1岁儿童与第5百分位数(percentile)女性之间的人

类别2：轻的成人>＝第5百分位数女性

类别3：重的成人>＝第50百分位数男性

第5百分位数女性是对于女人的统计度量，其表示全部女人中的5％的女人低于该统计度量。第50百分位数男性是对于男人的统计度量，其表示50％的男人超过或未达到该统计度量。

取决于针对占用车辆座椅的车辆乘客所确定的乘客类别，根据本发明的座椅占用检测和乘客分类设备提供所定义的输出信号。该输出信号被馈送到执行乘客安全气囊的激活或停用的安全气囊控制设备。

只要所涉及的车辆乘客落入类别0或类别1中，对应的乘客安全气囊就被停用。如果所涉及的车辆乘客落入类别2或类别3中，则激活乘客安全气囊。

对于用于车辆座椅的这种座椅占用检测和乘客分类设备，应用了不同的传感原理。这些涉及例如相机系统、超声系统、称重传感器等。

电容测量设备由于其简单的设计和可靠性而被频繁地使用。绝缘的导电表面被集成在车辆座椅的座椅部分中。这创立了相对于车辆质量的电容。一旦车辆乘客靠近该导电表面，其电容就改变。藉由电荷传感器或振荡电路来将电容转换成可由微型计算机测量的信号。

这种测量设备的显著缺点在于由副作用(诸如举例而言座椅部分上的液体、座垫等)影响测量。具体地，当车辆乘客与接地表面进行接触或者例如在其膝上具有连接到车辆的电气系统的笔记本时，电容极大地改变，从而导致显著的测量不准确和误差。

此外，由于这种测量设备的情形中的传感系统的灵敏度和大的测量表面，关于电磁干扰存在高度的灵敏度。

技术实现要素：

基于如上所述的现有技术，由本发明解决的问题是开发上述用于车辆座椅的通用座椅占用检测和乘客分类设备，以使得藉由该设备能更可靠地进行座椅占用检测以及特别是乘客分类。

在用于车辆座椅的座椅占用检测和乘客分类设备的情形中解决了该问题，该设备具有导电表面元件和传感器装置，该导电表面元件以绝缘方式放置在车辆座椅的大致平行于其座椅椅垫的座椅部分中并且可被暴露于测量信号，该传感器装置放置在该车辆座椅的靠背部分中并且藉由该传感器装置可以检测施加到该座椅部分侧上的导电表面元件的测量信号，其中靠背侧上的传感器组装件具有至少两个接收电极，这两个接收电极在靠背部分的厚度方向上放置在靠背部分的相同垂直部分中的与靠背部分的支撑表面不同的距离处。

根据本发明，在评估单元中执行的计算和评估步骤将一值作为其基础，该值是对于相同物理尺寸的不同测量值的商并且因此是无量纲的。其原因是两个接收电极放置在与座椅椅垫侧上的导电表面元件不同的距离处。

根据本发明的有利改进，可以在评估单元中检测在第一接收电极中感生的电压和在第二接收电极中感生的电压，其中可以从这两个检测到的电压计算商，并且基于所计算出的商，有可能确定车辆座椅是否被车辆乘客占用。

为了能够以足够的准确性来确定车辆乘客是否处于车辆座椅中的倾斜位置中，建议座椅占用检测和乘客分类设备的靠背部分侧上的传感器装置具有至少两个接收电极，这两个接收电极在靠背部分的垂直方向上放置在与座椅部分的座椅椅垫不同的垂直距离处以及与靠背部分的支撑表面相同的距离处。

有利地，在座椅占用检测和乘客分类设备的评估单元中，检测放置在与座椅椅垫较小的垂直距离处的接收电极中感生的电压以及放置在与座椅椅垫较大的垂直距离处的接收电极中感生的电压，并且通过比较所检测到的两个感生电压，有可能确定车辆乘客的身体的上部区域是放置成大致平行车辆座椅的靠背部分还是在垂直方向上关于车辆座椅的靠背部分的倾斜表面的倾斜度是倾斜的。

为了能够以高度可靠性得出关于车辆乘客的尺寸的结论，有利的是，靠背部分侧上的座椅占用检测和乘客分类设备的传感器装置具有两个接收电极，这两个接收电极彼此相距一距离地布置在靠背部分的上部区域中与车辆座椅的座椅椅垫相同的距离处以及与靠背部分的支撑表面相同的距离处。

布置在靠背部分的上部区域中的两个接收电极中感生的电压可在座椅占用检测和乘客分类设备的评估单元中有利地检测，并且通过一个接收电极中感生的电压与另一接收电极中感生的电压的比较，有可能确定车辆乘客的身体的上部区域是放置成大致平行于车辆座椅的靠背部分的支撑表面的水平方向还是相对于车辆座椅的靠背部分的支撑表面的水平方向是倾斜的。

根据按照本发明的座椅占用检测和乘客分类设备的有利改进，可以在评估单元中从放置在靠背部分中在靠背部分的厚度方向上靠近于支撑表面的接收电极中感生的电压以及在该接收电极中感生的电压与放置在靠背部分中在靠背部分的厚度方向上与支撑表面较大距离处的接收电极中感生的电压的商来确定第一调节值，所述调节值取决于车辆乘客在车辆座椅的座椅部分的座椅椅垫上的就坐位置。

此外，有利地，可以在评估单元中从放置在靠背部分的的下部区域中在靠背部分的厚度方向上靠近于支撑表面的接收电极中感生的电压以及放置在该接收电极上方一垂直距离处的、与该支撑表面相同的距离处的接收电极中感生的电压来确定第二调节值，所述第二调节值取决于垂直方向上车辆乘客的就座位置的倾斜度相对于靠背部分的支撑表面的倾斜度。

根据按照本发明的座椅占用检测和乘客分类设备的另一有利实施例，可以在所述座椅占用检测和乘客分类设备的评估单元中，藉由存储在该评估单元中的公式或表格，基于放置在靠背部分的上部区域中的与靠背部分的支撑表面相同的距离处的接收电极感生的电压、基于取决于车辆乘客在车辆座椅的座椅椅垫上的就座位置的调节值、以及基于取决于垂直方向上车辆乘客的就座位置的倾斜度相对于靠背部分的支撑表面的倾斜度的调节值来计算车辆乘客的身体尺寸。

附图说明

以下参照附图借助于各实施例来更详细地解释本发明。

在附图中：

图1示出了根据本发明的用于第一实施例中的车辆座椅的座椅占用检测和乘客分类设备，其中车辆乘客将其背部靠在车辆座椅的靠背部分处；

图2示出了图1所描绘的根据本发明的用于车辆座椅的座椅占用检测和乘客分类设备的实施例，其中车辆乘客以其背部相对于车辆座椅的靠背部分在向前方向上移位的方式来就坐；

图3示出了根据本发明的用于车辆座椅的座椅占用检测和乘客分类设备的另一实施例，其中车辆乘客位于图2中所示的就座位置；以及

图4示出了根据本发明的用于车辆座椅的座椅占用检测和乘客分类设备的另一实施例的示意图。

具体实施方式

如下所述，提供了在图1和图2中示意性地描绘的座椅占用检测和乘客分类设备1，以便确定车辆座椅2是否被车辆乘客3占用，其中还应当有可能确定车辆乘客3是成人，儿童，还是婴儿等。

绝缘的导电表面元件s1被集成在车辆座椅2的座椅部分4中。该导电表面元件s1大致平行于由车辆座椅2的座椅部分4形成的座椅椅垫来放置。导电表面元件s1可被暴露于测量信号。测量信号可以有利地是正弦信号。使用正弦信号是有利的，因为它可以用较小的技术支出来生成并且不呈现任何谐波。在由于畸变而导致的真实正弦信号的情形中，最多可出现较小、但可忽略的谐波部分。

传感器装置被放置在车辆座椅2的靠背部分5中，所述传感器装置具有第一接收电极e1和第二接收电极e2。两个接收电极e1和e2被放置在车辆座椅的靠背部分5的相同垂直部分中并且彼此横向移位，具体而言如图4中所示。此外，两个接收电极e1和e2在车辆座椅2的靠背部分5的厚度方向上相对于彼此移位，如在图1和2中所示。第一接收电极e1被放置成靠近于靠背部分5的后表面，第二接收电极e2被放置成靠近于靠背部分5的支撑表面。

两个接收电极e1、e2被连接到图中未示出的评估单元。

施加到放置在车辆座椅2的座椅部分4中的导电表面元件s1的测量信号影响放置在车辆座椅2的靠背部分5中的两个接收电极e1、e2中的可测量电压，该可测量电压取决于电极表面、接收电极e1、e2与导电表面元件s1之间的距离、以及导电表面元件s1与接收电极e1、e2之间的材料。

相对较小的电压被用于测量或传送信号。在未占用车辆座椅2的情形中，例如，在靠背部分侧中的具有电极表面为8cm²的接收电极e1、e2中感生几毫伏的区域中的测量电压，该测量电压可以藉由特殊接收电路来在图中未示出的评估单元中非常有效且没有干扰地测量。

只要车辆座椅2被车辆乘客3占用，车辆乘客3的身体就从座椅部分侧上的导电表面元件s1向靠背部分侧上的接收电极e1、e2显著更有效地传导电场，这是由于该车辆乘客3的身体与空气相比阻抗非常低。取决于占用车辆座椅2的车辆乘客3的身体与呈现大致8cm²的电极表面的接收电极e1、e2之间的距离，测量电压随后在所述接收电极中感生，其可以比未占用车辆座椅2的情形中感生的空载电压大100倍。

如果车辆乘客3随后作出移动或采用其中在车辆乘客3的身体与车身之间建立电连接的位置，则大部分电场从车辆乘客3的身体向车辆质量耗散。接收电极e1、e2中感生的电压随后急剧下降到可能低于先前值的十分之一的值。在靠背部分侧的接收电极e1、e2中检测到的测量信号可仍然足以作出关于车辆座椅2是否被车辆乘客3占用的可靠决定。在前面描述的放置接收电极e1、e2的情形中仍然有可能进行明确的乘客分类，因为靠背部分侧上的两个接收电极e1、e2被放置在靠背部分5的相同垂直区域中，但是与座椅部分4或集成在座椅部分4中的导电表面元件s1处于不同距离处。

通过靠背部分侧上的接收电极e1、e2的设计，考虑到其电特性导致在接收电极e1、e2中检测到的两个测量电压之间的测量电压比，该测量电压比仅取决于车辆乘客的身体与靠背部分5或与两个接收电极e1、e2的距离，而不取决于由施加到座椅部分侧上的导电表面元件s1的测量信号产生的场强。

如已经提到的，这是通过与座椅部分侧上的导电表面元件s1相距不同距离处的两个接收电极e1、e2的空间分度来达成的。应当注意，不受干扰的电场的场强根据与导电表面元件s1的距离的三次方(r³)来下降。

在车辆座椅2中，由于车辆座椅2的金属结构，这些特性可能基本上不同，然而，这些特性对于相应的座椅结构而言是清楚且可再现的。

这些特性根据所期望的特性可能受不同测量(例如：通过由接收电极e1、e2的区域中的接地屏蔽表面使座椅的金属结构接地)的影响。

如已经提及的，对于图中未描绘的评估单元中的进一步信号处理，创建了在第一接收电极e1与第二接收电极e2中检测到的测量信号的比率或商：

q＝u(e2)/u(e1)

因此，q是无量纲的，并且取决于车辆乘客3的身体与靠背部分5的支撑表面或接收电极e1、e2之间的距离而变化。

相应地，q也不取决于引入座椅部分侧上的导电表面元件s1中的测量信号的电压电平u(s1)。

有可能从q值得出关于车辆座椅2是否被车辆乘客3占用的明确结论。

对于以下观察，假设接收电极e1和e2具有相同的电极表面并且两个接收电极e1与e2之间存在大致4cm的距离。

在车辆座椅2不被车辆乘客3占用的情况下，在靠近于靠背部分5的后表面放置的第一接收电极e1中，感生出仅比靠近于靠背部分5的支撑表面放置的接收电极e2中感生的电压略小的电压。随后，q在>0.7的区域中移动。

如果车辆乘客3在正常位置中就坐在车辆座椅2中(即，以其身体斜靠在靠背部分5的支撑表面的方式来就坐)，则车辆乘客3的衣服和靠背部分5的座套之间产生大致为2至3cm的车辆乘客3的身体与第二接收电极e2之间的距离。在图1中所示的车辆乘客3的该位置中，q在0.2与0.3之间的范围中移动。

如果车辆乘客3的身体在车辆座椅2的座椅部分4上向前滑动，则放置在靠背部分5的后表面上的第一接收电极e1处检测到的电压与放置在靠背部分5的支撑表面上的第二接收电极e2处检测到的电压之间的差异减小。车辆座椅2中的车辆乘客3的对应位置在图2中描绘。在该位置中，q在0.3与0.5之间的区域中移动。

藉由先前建立或设置并且存储在图中未示出的评估单元中的调节表或存储在图中未示出的评估单元中的调节函数，从靠近于靠背部分5的支撑表面放置的接收电极e2的值和值q来确定调节因子k1。

为了能够对车辆乘客3的身体尺寸进行分类，两个接收电极e4、e5被安装在车辆座椅2的靠背部分5中指派给车辆乘客3的肩部区域的部分中。由于在接收电极e4、e5中接收到的电压，只有在确定车辆乘客3的身体比较笔直并且在有可能的情况下平行于靠背部分5的支撑表面就坐时，才能可靠地得出关于车辆乘客3的身体尺寸的结论。

为了在这方面作出断言，在车辆座椅2的靠背部分5中放置了第三接收电极e3形式的另一传感器，该传感器安装在距靠背部分5的支撑表面与第二接收电极e2相同的距离处。

作为图3和图4的概要的结果，具体而言，该第三接收电极e3放置在靠近于车辆座椅2的靠背部分5的支撑表面在第二接收电极e2的垂直方向上的稍微上方。

如果图中未示出的评估单元检测到在靠背部分侧中的第二接收电极e2中和靠背部分侧中的第三接收电极e3中感生的电压大致相同，则可由此假设车辆乘客3以其身体大致笔直并且平行于车辆座椅2的靠背部分5的支撑表面的方式来就坐。

可以从关于第二接收电极e2和第三接收电极e3检测到的值的偏差得出结论，该偏差与车辆乘客3的身体相对于靠背部分5的倾斜有关。如果已知该倾斜，则对于小的倾斜区域，可以从存储在图中未描绘的评估单元中的表中获取关于身体大小的先前确定的调节值k2。

如已经提及的，两个接收电极e4和e5被放置在靠背部分5的指派给车辆乘客3的肩部区域的部分中。借助于在第四接收电极e4和第五接收电极e5中感生的电压u(e4)和u(e5)，有可能确定车辆乘客3是以其身体是笔直的还是扭曲的方式来就坐在车辆座椅2上。

如果车辆乘客3以其身体笔直且居中的方式就坐在车辆座椅2中，则可以最可靠地确定车辆乘客3的身体尺寸。在该情形中，在接收电极e4和e5处感生的电压u(e4)和u(e5)基本上具有相同幅度。

在接收电极e4和e5处接收到的这些电压u(e4)和u(e5)可在必要时被平均和加权。

随后，将以这种方式确定的值乘以以上提及的两个调节因子k1和k2。随后，对应计算出的调节值被用作存储在未在图中描绘的评估单元中的先前计算的身体尺寸表中的索引。