专利名称：用于检测车辆座位的乘员的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及车辆座位中乘员的检测，特别地，涉及使用电容式检测系统的检 测。
背景技术：
如这里所使用的，乘员检测系统是指适合于对车辆座位的乘用状态进行检测的系 统。一些电场传感器或近程传感器所称的电容式传感器特指响应于在电容式传感器所发射 的电场作用下被感测的事物(人、人身体的部分、宠物、物体等)的影响来产生信号的传感 器。电容式传感器一般包含至少一个电极，当传感器工作时，对该电极施加振荡电信号，并 且随即该电极向该电极附近空间的区域中发射电场。当乘员或物体置于该空间区域中时， 其与电场发生相互作用，并且通过电容式传感器对该相互作用进行检测。在乘用感测领域中，已知电容式传感系统和相关方法的许多变体。本发明使用包 括至少第一电极、第二电极、以及夹入所述第一和第二电极之间的电绝缘层的电极配置。当 放置在车辆座位中时，电极布置的这样取向第一电极朝向座位表面，当乘员坐在座位上时 与其接触；而第二电极背向该座位表面。对于本领域的技术人员将清楚，这样，第一电极 (称为“感测”电极)和乘客舱中与第一电极相对放置的接地表面构成了第一电容器的电容 器极板。这些电容器极板之间的空间包括可以被座位乘员乘用的车辆座位上方的空间。因 此，第一电容器的电容取决于座位的乘用状态(即取决于是成人、儿童、宠物、还是空置或 乘用的儿童座椅等放置于其上)。为了降低系统关于位于第二电极之后空间(从第一电极 看)的灵敏度，已知以与第一电极基本相同的电压驱动第二电极(被称为“屏蔽”电极)。 在该上下文中，“相同电压”意味着具有相同幅度和相位的电压。本领域的技术人员将意识 至IJ，第二电极构成了另一个电容器的第一电容器极板，该电容器的电容(下文称为第三电 容)取决于第二电极之后的物体。例如，第三电容器的第二电容器极板可以是座架、座板、 座加热器等。在第一电容测量的任何时刻，第二电极在与第一电极基本相同的电势上，两个 电极之间的电场基本为零。这为第一电极提供了对任何所涉及的不确定性以及第三电容变 化的屏蔽，并且显著增加了在乘员方向中第一电极的灵敏度。例如，已经在EP 1 457 391 Al中提议了这种电容式座位乘用分类系统和方法。在 机器人领域中用于电容式近程感测目的的类似的电极结构从US5，166，679 (Vranish等)中 已知。电容式乘员检测系统的挑战是对湿座套的可靠检测，其可能导致错误的乘员检 测。Stanley的US专利6，392，542教导了包含电极布置的电场传感器，该电极布置具有可 安装在座位中、并且可操作耦合到感测电路的感测电极和屏蔽电极，该感测电路在对座位 潮湿“最弱响应”情况下将振荡或者脉冲信号施加到电极。Stanley提议了对响应于施加在 感测电极上的、频率优选大于400kHz的电压而流向感测电极的电流的相位和幅度进行测 量，以便对乘用或者空闲的座位进行检测并且对座位潮湿进行补偿。技术问题
本发明的目标是提供改进的车辆座位乘用状态的检测。通过权利要求1中所述的 方法和权利要求12中所述的系统实现该目标。
发明内容
如前文中简要解释的，本发明涉及乘员检测系统，其具有用于放置在汽车座位中 的电极布置，其中，电极布置包括第一电极、第二电极、以及夹入第一和第二电极之间的电 绝缘层，其中该第一电极用于将电场发射到车辆座位上的检测区域内。当将电极布置放置 在座位中时，第一电极与车辆接地构成第一电容器，该第一电容器具有通过在检测区域内 的乘用项与电场相互作用由乘用项可影响的第一电容，第一电极与第二电极构成具有第二 电容的第二电容器，并且第二电极构成具有第三电容的第三电容器的第一电容器极板。可 以由在车辆接地电势上的导电表面或者由车辆座位中其他导电表面构成的第三电极构成 第三电容器的第二极板，例如，座加热器、座板或者布置在第二电极之后(如从第一电极来 看的)的第三电极。作为座位乘用状态的第一指示符，确定在使第一电极将电场发射到检 测区域内和第二电极操作为第一电极的驱动屏蔽期间的时间间隔中第一电容的测量结果。 本领域的技术人员将意识到，如这里所使用的，电容“测量”是想要包含可以从其中得到电 容的任何所测量的物理量或者所测量的物理量的组合。根据本发明的一个重要方面，对第 一、第二和第三电容中的至少一个的波动进行测量，并且对所测量波动的频谱进行分析。该 分析产生座位乘用状态的第二指示符。基于对第一电容的测量和所测量波动的频谱得到座 位乘用状态。本发明的第一方面涉及对乘用状态进行检测的方法，本发明的第二方面涉及 具有如上文所述的电极布置的乘员检测系统、以及可操作连接到第一和第二电极的估计电 路，对第一和第二电极进行配置和布置，使其根据所述方法工作。发明人已经意识到，第一、第二和/或第三电容的波动 (即，在一定时间期间所记 录的电容测量序列)不仅仅是孤立的电容测量本身，还代表了乘用状态的附加指示符。到 目前为止，将电容的波动视为干扰并且一直在诸如通过数据平滑减少测量“噪声”方向上进 行努力。目前，尚未发现利用波动谱作为座位乘用的附加指示符。本领域的技术人员将意 识到，汽车、座位和乘员一起构成了具有多种振荡模式和对应的特征频率的机械振荡器的 复杂系统。已经发现，可以从电容的波动中得到坐在汽车座位上的人的特征频率。特别地， 波动的频谱包括一定数目的、由座位及其可能乘员或者放置在其上的物体施加的振动造成 的波峰。这些振动以及因此的特定频谱波峰集合是座位乘用状态的特征，座位乘用状态即， 它是空的、成年人乘用的、还是儿童座椅等。因此，对波动的频谱的分析优选涉及从0. 25Hz 一直到25Hz的范围，并且更优选从0. 5Hz到25Hz。如应该意识到的，一方面，第一电容即这 里所认为的第一指示符的测量主要取决于乘用项的电属性，即乘用项(如这里所使用的， 该项可以指定可能乘用车辆座位的任何物体或者生物)是良好的电导体还是更像电介质。 乘用项的大小和质量可以对电容有影响，但经验显示这仅仅是较小程度的影响。另一方面， 所考虑电容的波动的频谱首要取决于乘用项的机械属性，例如，大小、重量、重量分布等。因 此，在某种意义上，两个指示符是相互独立的，这样增加了估计电路可用的用于乘用状态估 计的信息。可以使用从电容波动得到的第二指示符否决从单独考虑第一指示符得到的乘用 状态。这在潮湿座套的情况下特别有用在该情况下，第一电容的测量可能指示座位由诸如小个子成年人的人乘用，而由于具有潮湿座套的空闲座位的振动与具有干燥座套的空闲座 位的振动没有明显不同，所以第二指示符将指示空闲座位。在该情况下，让第二指示符否决 第一指示符将是合适的。可以在估计电路中基于附加到每个指示符的置信级别或者“可信 性”标志实现这种“否决”。根据使用诸如簇分析、神经网络、最近邻方法等常规模式识别算 法，可能实现乘员类别的得出。本领域的技术人员将意识到存在用于确定电容的许多方式，例如，通过测量电极的充电时间、对给定的所施加电压的电荷累积、响应于一定所施加电压而流入电极中的电 流等。应该理解，当使第一电极将电场发射到检测区域中并且将第二电极操作为第一电极 的驱动屏蔽时，估计电路可以确定第一电容的波动。可替换地或者附加的，当使第一电极 将电场发射到检测区域中并且将第二电极操作为第一电极的驱动屏蔽时，估计电路还可以 确定第三电容的波动。如果要确定第二电容的波动，最好在第二电极不操作为第一电极的 驱动屏蔽期间的时间间隔中实现。同样，如果要确定第二电容的波动，夹入到第一和第二 电极之间的电绝缘体最好包括其电容率取决于作用在其上的压力的材料、驻极层或者压电 层。例如，作为电容率取决于作用在其上的压力的材料，可以使用包含弹性基质(例如，橡 胶、泡沫、弹性塑料、聚合体等)的复合材料，其具有均勻散布在其中的填充材料颗粒，以这 种方式，当材料受到压力时，基质经历变形并且填充物颗粒移动得更接近一起。填充材料和 弹性基质最好具有极其不同的电容率，使得总电容率的动态范围最大。例如，可以使用具有 在MPa范围(例如，从0.5-5MPa)内的弹性系数、具有相对低电容率的基质材料，并且使用 BaTiO3或者TiO2作为填充材料。可替换地，可以使用具有相对高电容率的基质材料以及具 有相对低电容率的填充颗粒。应该注意，除了电容率作为压力的函数而改变的材料之外，电 绝缘层可以包含其他层。然而，如果电极之间的电绝缘体由如上文所述的复合材料组成，并 且如果在该材料中使用导电填充颗粒，那么应该对基质材料中这些填充颗粒的密度进行选 择，使得最大期望压缩不使复合材料导电(如果，通过由于压缩的体积改变，超出了复合材 料的渗滤阈值)。当然，如果在第一和第二电极之间存在至少一个附加层，那么这种对导电 填充颗粒密度的约束就不是必须的，该附加层确保即使在压力下电极仍保持彼此电绝缘。优选地，对估计电路进行配置和布置，以便确定当使第一电极将电场发射到检测 区域内并且第二电极操作为驱动屏蔽时流入第一电极的电流并且从流入第一电极的电流 得到第一电容的测量结果。有利地，对估计电路进行配置和布置，以便从流入第一电极的电流中得到第一和/ 或第二电容的波动。在该实施例中，例如，估计电路可以在给定时间间隔期间记录第一电容 的测量结果，并且随后从这些测量结果中得到乘用状态的第二指示符。有利地，对估计电路进行配置和布置，以便确定当使第一电极将电场发射到检测 区域内并且将第二电极操作为驱动屏蔽时流入第二电极的电流，并且从流入第二电极的电 流中得到第三电容的波动。优选地，估计电路在测量第一电容的同时对第三电容进行测量。根据本发明的某些实施例，对估计电路进行配置和布置，以便至少工作在第一种 和第二种工作模式中，第一种和第二种工作模式不同时执行。在第一种工作模式中，使第一 电极将电场发射到检测区域内并且将第二电极操作为第一电极的驱动屏蔽，对在使第一电 极将电场发射到检测区域内并且将第二电极操作为驱动屏蔽期间的时间间隔内流入第一 电极的电流进行测量，并且从该电流得到第一电容的测量结果。第二种工作模式专用于确定第二和/或第三电容的波动。 根据本发明的优选实施例，在第二种工作模式中，估计电路在第一和第二电极之 间施加交流电压，确定响应于交流电压流入第一和/或第二电极的电流，并且从响应于交 流电压而流入第一和/或第二电极的电流得到第二电容的波动。在该实施例中，夹入第一 和第二电极之间的电绝缘层最好包括电容率随着施加给它的压力的函数而变化的材料。如 果使用这种材料，电容的波动就不仅仅由第一和第二电极之间绝缘层厚度的变化造成，使 得电容的波动相对于其电容率在压缩下几乎保持不变的情况放大。根据本发明的另一个优选实施例，电绝缘层包含驻极层和/或压电层，并且对估 计电路进行配置和布置，以便在第二种工作模式下确定在第一和/或第二电极中通过驻极 或压电层所引起的电流(响应于施加在驻极或压电层的压力)，并且从所引起的电流中得 到第二电容的波动。本领域的技术人员将意识到，如果电绝缘层包含驻极或压电层，由于当 施加压力时，即当电极布置受到机械振动时，驻极或压电层本身使电流流动，所以为了确定 第二电容或者其改变通过附加电压源的方式施加电势差不是必须的。根据本发明的另一个可能实施例，对估计电路进行配置和布置，使得在第二种工 作模式中，将第一电极操作为第二电极的驱动屏蔽并且对第三电容的波动进行测量。鉴于在乘员检测系统的之前讨论的实施例中，第三电容器的第二极板最好由车辆 舱的接地表面构成，在本发明的另一个优选实施例中，电极布置包括第三电极，其构成了第 三电容器的第二电容器极板。最好地，第二和第三电极夹入包含驻极层或压电层的电绝缘 层，使得第三电容由于振动产生的波动增强。甚至更优选地，在该情况下对估计电路进行配 置和布置，以便对流入第三电极的电流进行测量。最优选地，对估计电路进行配置和布置， 以便至少在两种工作模式中工作，其中，估计电路在第一种工作模式中确定流入第一电极 的电流，并且从流入第一电极的电流中得到第一电容的测量结果，并且在第二种工作模式 中确定流入第三电极的电流，并且从流入第三电极的电流中得到第三电容的波动。优选地，估计电路从第二和/或第三电容的测量结果中得到座位上的负载。优选 地，施加在座位上的负载的测量包含取所述第二和/或所述第三电容的波动的平均。如应意识到的，可以以各种方式实现估计电路。例如，它可以包含或者实现为专用 集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器等。
现在将参考附图、通过举例的方式对本发明的优选实施例进行描述，其中图1是汽车座位中的乘员的示意性侧视图；图2是电容式乘员检测系统的示意性视图；图3是乘员检测系统的估计电路的第一实施例的简化的等效电路图；图4是机械振荡器系统汽车_座位_乘员的示意性说明；图5是乘员检测系统的估计电路的第二实施例的简化的等效电路图；图6是乘员检测系统的估计电路的第三实施例的简化的等效电路图；图7是乘员检测系统的估计电路的第四实施例的简化的等效电路图；图8是图7的估计电路变体的简化的等效电路图；图9是乘员检测系统的估计电路的第五实施例的简化的等效电路图。
具体实施例方式图1示出了坐在装配有电容式乘员检测系统14的车辆座位12中的乘员10。乘员检测系统14包括电极布置16和估计电路20，电极布置16安置在车辆座位12的座椅部分 18的表面之下。在图2中更加详细地示出了乘员检测系统14。电极布置16包括具有基本上平面的第一电极22、基本上平面的第二电极24、以及布置在电极22和24之间的电绝缘层26的夹层结构。电极布置16可能采用各种配置，例 如，可以将第一和第二电极提供为弹性电绝缘膜(例如，PET膜、PEN膜、PI膜等)的两侧面 上的印刷导电层。可替换地，可以在独立的承载膜上承载电极。至少一个承载膜可以作为 电绝缘隔离片。可替换地，可以使用附加的隔离片，例如，附加的膜、板或者织物。电极还可 以是导电织物层，通过绝缘织物(例如，经编隔离片织物)或者膜对其进行隔离。其它合适 的结构对于本领域的技术人员将是显而易见的。应该注意，每个电极可以在其外边界内构 成闭合表面，但是不一定必须构成这种闭合表面。例如，每个电极可以具有其中有开口或者 间隙(与具有闭合表面的形式相反)的连续导电图形的形式，例如，以在迂回路线、晶格图 形、网格图形、或者这些例子的组合等上延伸的金属线的形式。应该理解，术语“基本上平面 的”是想要覆盖这样的电极配置其中，例如，当电极弯曲或者起伏、但是与其横向维度相比 相对薄时，电极不严格地包含在平面中。在所示的实施例中，估计电路包括振荡器28 (例如，压控振荡器或者数控振荡器)和电流测量电路30，振荡器28可操作连接到第二电极24，电流测量电路30可操作连接到 第二电极24和第一电极22之间。当电极布置16位于车辆座位18的座椅部分中(或者可替换地，座椅靠背中)时，第一电极22与周围的车辆舱接地表面32，例如，与舱顶中的金属部分、车门、仪表盘和/或 地板构成第一电容器。在参考标号34处示出了第一电容器的电容(“第一”电容)。注意 到第一电容取决于车辆座位12的乘用状态(即，例如，是成年人、儿童、宠物、还是儿童座椅 等乘用了第一电容器极板之间的空间)，是重要的。第一电极22和第二电极24 —起构成 了第二电容器(具有在参考标号36处示出的“第二”电容的电容)。同样，第二电极24与 周围的车辆舱接地表面32构成第三电容器。在参考标号38处示出了第三电容器的“第三” 电容。当要确定第一电容34时，振荡器28给第二电极24施加振荡电压，而电流检测电路30在第一电极22上维持具有与第二电极上的电压基本相同幅度和相位的电压。在第一 电容34的测量期间，第二电极24因此维持在与第一电极22基本相同的电势上。因此，第 一电极22的灵敏度仅指向车辆座位12上方的空间内。换言之，第二电极24对第一电极22 进行屏蔽，并且防止它与位于第二电极24之后(如从第一电极22所看到的)的例如，座椅 加热器40、座椅底盘等的物体发生电容式耦合。为了实现对第一电极22的有效屏蔽，第二 电极26最好在尺寸上比其稍微大一些如图2中所示的。在图1中大致示出了当要确定第 一电容34时从第一电极发出的电场线44的路线。仅仅为了画图清楚的目的，将乘员10画 成与座椅部分18相距一定距离。本领域的技术人员将意识到，响应于施加在第一电极22 的具有预定幅度的振荡电压，流入第一电极22的电流取决于第一电容，并且因此取决于座 位12的乘用状态。因此，可以从流入第一电极的电流得到第一电容的测量结果，并且因此获得乘用状态的第一指示符。图3示出了电容式乘员检测系统的第一实施例的(简化的)等效电路图。振荡器 28将AC电压施加到第二电极24。放大器46和反馈阻抗47 —起构成跨阻放大器，其将第 一电极22上的电压维持为基本等于第二电极24上的电压。这样，跨阻放大器将流入第一 电极22的电流转换成在放大器输出48处的电压。由于在该测量的任何时刻第一电极22 都在与第二电极24基本相同的电势上，所以通过第二电容38的电流基本上保持为零。因 此，流入第一电极的电流几乎仅专门取决于第一电容34。混频器49和低通滤波器50将放 大器46的AC输出转换成DC电压，该DC电压取决于第一电容34。将该电压馈送到微控制 器51的模拟-数字转换器(ADC)输入。混频器50最好包含时钟矫正器，其输出正比于放 大器46所输出的与第二电极24上的电压同相的电压分量的DC信号以及/或者正比于放 大器46所输出的相对于第二电极24上的电压90度-相移(-phase-shifted)的电压分量 的DC信号。例如，为了校准的目的，还可以在将混频器50所输出的DC信号馈送到微控制 器51之前对其进行处理。由于即使电容34接近于零，在放大器46的输出处仍存在AC电 压，并且因此在低通滤波器的输出处存在信号，所以在混频器50之前或者之后最好减去该 偏移量(在图中未示出)。图4示意性地示出了由汽车、座位和乘员构成的机械振荡器的系统模型(基 于 IKA，RWTH Aachen 的文章 “Comfort Assess of Vehicles，，，从网址 http: //www, ika. rwth~aachen. de/lehre/kfz~labor/4 comfort en. 在线可获得)。应该注意到，该模 型是高度简化的。当车辆在道路上行驶时，其不均勻性转化成传送到轮胎、底盘53、马达单 元、座位12和乘员10的振动。因此造成了系统的各种机械振荡器在它们各自谐振频率上 振荡的。在图4中指出了这些振荡器在ζ方向(图4中的垂直方向)的谐振频率的范围的 例子。典型地，底盘53的谐振频率包含在从IHz至2Hz的范围内，车轮的谐振频率包含在 从大约8Hz至15Hz的范围内，并且马达单元的谐振频率在从大约12Hz至15Hz的范围内。 乘员的身体也可以被认为是机械振荡器系统，其具有在2. 5Hz至3Hz (身体-座位)、4Hz至 5Hz (胃)、大约7Hz (心脏)、3Hz至5Hz (身体-肩膀)和大约20Hz (头部)范围内的谐振频 率。本领域的技术人员应该理解，当座位12是空的或者承载物体(例如，儿童座椅、包等) 时，某些谐振频率将不存在于系统中(而其它的可能存在)。例如，对于空的儿童座椅(轻 绑在座位上)或者轻物体，可以观测到在高于大约IOHz频率范围内的谐振。对于轻绑的被 乘用的儿童座椅，在大约7Hz时就已经可以发生谐振。如果儿童座椅轻绑于座位，典型地谐 振位于25Hz以上。这样，对系统振动的分析提供了座位12乘用状态的指示。在本发明中，通过第一、第二和第三电容中的至少一个的波动对座位的振动及其可能的乘员进行检测。在图3的实施例中，微控制器51在预定义的时间间隔(典型地，几十秒，优选是5 至30秒)期间对第一电容的测量结果进行记录并分析其波动，所述分析是例如通过对如此 获得的波形执行傅里叶变换并且检测波动的频谱中的波峰进行的。第一电容的测量结果在 平均值周围波动。该平均值可以作为乘用状态的第一指示符，而乘用状态的第二指示符可 以从第一电容的波动中寻回。本领域的技术人员将意识到，根据本发明的教导工作的系统 可以更可靠地对车辆座位的乘用状态进行检测。例如，由于即使第一电容的测量结果类似 于在成年人乘员情况下所期望的测量那样，但是对第一电容测量结果波动的分析将揭示波动的频谱中不存在典型的波峰，所以上述潮湿座套问题明显缓解。当然，还可以将波动分析 与旨在检测潮湿座套的、例如在多个频率上测量的进一步测量组合。在下文讨论的实施例中，通过第二电容或者第三电容的波动对车辆座位和任何乘 用项(物体、宠物、成年人、儿童、空闲或者乘用的儿童座椅等)进行检测。图5示出了电容式乘员检测系统的第二实施例的(简化的)等效电路图。图5的 估计电路对第一电容34、第三电容38与第一和第二电容34、36的串联电容的总和同时进行 测量。与在图3的系统中不同，振荡器28没有直接连接到第二电极24，而是间接通过由放 大器56和阻抗57构成的第二跨阻放大器与其相连接。第二跨阻放大器56、57将第二电极 24上的电压维持在与振荡器28的输出相同的水平上，并且将流入第二电极36的电流转换 成在参考标号58处输出的AC电压。流入第二电极24的电流对应于(a)流经第三电容38 的电流和(b)流经第一电容34和第二电容36串联的电流的总和。混频器59和低通滤波 器60将放大器56的AC电压输出转换成DC电压，并且将其馈送到微控制器51中。
用于确定第一电容的测量结果的电路(跨阻放大器46、47，混频器49和低通滤波 器50)与图3中的相同。图5的微控制器51可以记录第一电容的测量结果和/或流入第 二电极的电流的测量结果，以确定其波动并且得到振动的频谱。第一电容测量结果的平均 值再次作为乘用状态的第一指示符，而从第一电容的波动、或者那些流入第二电极的电流、 或者二者中得到乘用状态的第二指示符。然而，在图3和5的实施例中，与电容的波动有关的测量与第一电容34的测量基 本同时进行，对于图6-8的实施例，情况不是这样的。在这些实施例中，将估计电路配置为 用于在至少两种不同模式中顺序工作，这些模式中的第一种专用于检测第一电容的测量， 并且这些模式中的第二种专用于检测第二电容36的波动。在图6的实施例中，估计电路通过开关61和62在两种工作模式之间可切换。当开 关61和62在所示的位置处(第一种工作模式)时，图6电路的工作部分等效于图3中所 示的电路，并且如关于该实施例所描述的那样工作。当开关61和62在另一个位置处(在 第二种工作模式中)时，将放大器46的正输入连接到AC电压，其幅度比施加在第二电极 24上的AC电压的幅度低。(阻抗63和64构成分压器，其在节点65处提供电压，其幅度相 对于第二电极24上的电压降低但是具有相同的相位)。开关62用于在阻抗47和67之间 进行选择，并且因此对跨阻放大器的放大因数进行调整。通过放大器46和反馈阻抗67的 反馈行为，将第一电极保持在与分压器输出65相同的电势上，其意味着以与第二电极24上 的电压具有相同相位但是具有不同幅度的交流电压驱动第一电极22。因此，在第二电容36 上存在电压差，并且结果，存在通过第二电容36的(非零)电流。由于该电流明显大于通 过第一电容34的电流，所以在第二种工作模式中，跨阻放大器几乎仅将该电流转化成在其 输出48处的输出电压。第一和第二电容的重大差异也是跨阻放大器的放大因数优选可调 整到该工作模式的原因。在第二种工作模式中，低通滤波器50的输出取决于第二电容。因 此，在第二种工作模式中，通过微控制器51对第二电容的波动进行记录和分析。该分析可 以类似于参考图3所描述的对第一电极的波动的分析。在两种工作模式之间的切换通过微 控制51周期地实现。估计电路进一步确定第二电容的平均值，该平均值取决于电极布置的 平均压缩，并且因此取决于乘员的重量。如此获得的重量测量结果作为车辆座位12乘用状 态的第三指示符。本领域的技术人员将意识到，在可以提供波动的频谱分析的“动态”重量估计之外获得从电极布置的平均压缩中得到的重量值。这样，使用第三指示符使乘用状态 的确定处于更加坚实的基础上。本领域的技术人员将意识到，在图6实施例中第二电容36的波动可能是由于第一 电极22相对于第二电极24的振动(使得电极22、24之间的距离根据座位12所受到的振 动而变化)。因此，夹入第一和第二电极之间的电绝缘层26最好是可压缩的。然而，更优选 地，电绝缘层包含一种材料，其电容率取决于材料的压缩。可选地，该实施例中的电绝缘层 还可以包含驻极层或者压电层。如上文所指出的，这种材料将第二电容36的振动进行相当 可观的放大。在图7的实施例中，估计电路也通过开关71和72在两种工作模式之间可切换。当 开关71和72在所示的位置处(第一种工作模式)时，图7电路的工作部分等效于图3中 所示的电路，并且如关于图3的实施例所描述的那样工作。当开关71和72在所示的另一 个位置处(第二种工作模式)时，放大器46和76的正输入连接到接地32，并且现在第一电 极22连接到由放大器76和阻抗77组成的第二跨阻放大器。在该实施例中，第一电极22 和第二电极24之间的绝缘层26由驻极材料或者压电材料组成。任何施加在由第一和第二 电极 构成的电容器上的压力改变(由于振动的压缩)生成到跨阻放大器76、77的电荷转移 (即，电流)。通过低通滤波器80对放大器76的输出78进行滤波，并且将其路由到微控制 器10的ADC输入。在估计电路的第二种工作模式中，微控制器51因此记录流入第一电极 22的电流波动，在该情况下，其对应于第二电容36的波动。对这些波动的分析可以与参照 图3所描述的分析类似。如在前面实施例中那样，通过作用在开关71和72上，微控制器51 使估计电路在两种工作模式之间周期性地进行切换。图8示处了图7的实施例的变体。同样，估计电路通过开关81和82在两种工作 模式之间可切换。当开关81和82在所示的位置处(第一种工作模式)时，图8的电路的 工作部分等效于图3中所示的电路，并且如关于图3的实施例所描述的那样工作。在第二 种工作模式中(当开关81和82在另一个位置处时)，图8的电路类似于图7的电路那样 工作(开关71和72在“第二种模式”位置处)。本领域的技术人员将注意到，在图8的实 施例中，通过由放大器46和阻抗87所构成的跨阻放大器来担任跨阻放大器76、77的功能。 在第二种工作模式中，将放大器46的正输入连接到接地32，并且通过阻抗87提供反馈阻 抗。在该变体中，第一电极22和第二电极24之间的绝缘层26也由驻极材料或者压电材料 组成。任何施加在由第一和第二电极构成的电容器上的压力改变(由于振动的压缩)生成 到跨阻放大器46、87的电荷转移(即，电流)。通过低通滤波器90对放大器46的输出48 进行滤波，并且将其路由到微控制器51的ADC输入。因此在估计电路的第二种工作模式 中，微控制器51记录流入第一电极22的电流的波动，在该情况下，其对应于第二电容36的 波动。对这些波动的分析可以与参考图3所描述的分析类似。如在图6的实施例中那样， 通过作用在开关81和82上，微控制器51使估计电路在两种工作模式之间周期性地进行切 换。本领域的技术人员将意识到，在图7和8的实施例中，还可以使用电极布置的平均压缩 作为重量测量结果，可以依赖其来确定乘用状态。在图9中示出根据本发明的另一个实施例的估计电路的简化的等效电路图。如在 之前的实施例中，第一电极与车辆接地构成了具有电容34的第一电容器，并且第一电极22 和第二电极24 —起构成了具有电容36的第二电容器。然而，本实施例的电容布置包含第三电极25，第二电极24与第三电极25构成具有电容39的第三电容器。(第三电极还与车辆地面构成第四电容器，但是不对其进一步考虑)。第二和第三电极24、25夹入电绝缘层， 其包含压电层或者驻极层(图9中未示出)。估计电路通过开关91在两种工作模式之间可切换。当开关91在所示的位置处 (对应于第一种工作模式)时，如图3的实施例中那样对第一电极22和第二电极24进行连 接，并且估计电路如关于图3的实施例所描述的那样工作。在该情况下，由放大器86和阻 抗87所提供的跨阻放大器使第三电极上的电压保持在基本等于通过振荡器28施加到第二 电极上的振荡电压。当开关91在另一个位置处并且72在所示位置(对应于第二种工作模式)处时， 将第二电极连接到接地32并且将放大器86的正输入也连接到接地32。如果第三电容器受 到振动，驻极层或者压电层在第三电极25中引起电荷(以及由此的电流)，其被转换成跨阻 放大器86、87输出处的电压。在低通滤波器100中对该输出进行滤波，并且将其前向传送 到微控制器51的ADC输入。微控制器51对在电极25中所引起的电流(其对应于第三电 容的波动)进行记录，并且对所记录的数据执行频谱分析，以便得到乘用的第二指示符。微 控制器51使开关91周期性地在两种工作模式之间切换估计电路。
权利要求
一种使用乘员检测系统对车辆座位乘用状态进行检测的方法，所述乘员检测系统包含用于放置在所述车辆座位中的电极布置，所述电极布置包括第一电极、第二电极、以及夹入所述第一电极和所述第二电极之间的电绝缘层，其中所述第一电极用于将电场发射到所述车辆座位上方的检测区域内；其中，在使用所述乘员检测系统期间，所述第一电极与车辆接地构成具有第一电容的第一电容器，其通过在所述检测区域内的乘用项与所述电场相互作用由所述乘用项可影响，所述第一电极与所述第二电极构成具有第二电容的第二电容器，并且所述第二电极与第三电极和车辆接地中的至少一个构成具有第三电容的第三电容器；所述方法包括确定在使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内并且将所述第二电极操作为所述第一电极的驱动屏蔽期间的时间间隔中所述第一电容的测量结果；所述方法的特征在于对所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容中的至少一个的波动进行测量，对所测量波动的频谱进行分析，并且基于所测量的第一电容和所述频谱得到所述座位的乘用状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内 并且将所述第二电极操作为所述第一电极的驱动屏蔽期间的所述时间间隔中对所述第一 电容和/或所述第三电容的波动进行测量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在将所述第二电极不操作为所述第一电极的驱 动屏蔽期间的时间间隔中对所述第二电容的波动进行测量。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，对所述频谱的所述分析包含对一直 到25Hz的频谱范围的分析。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，包括确定在使所述第一电极将电场发 射到所述检测区域内并且将所述第二电极操作为驱动屏蔽期间的所述时间间隔中流入所 述第一电极的电流并且从流入所述第一电极的所述电流中得到所述第一电容的所述测量 结果。
6.如权利要求5所述的方法，包含从流入所述第一电极的电流中得到所述第一电容和 /或所述第二电容的所述波动。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，包括确定在使所述第一电极将电场发 射到所述检测区域内并且将所述第二电极操作为驱动屏蔽期间的所述时间间隔中流入所 述第二电极的电流并且从流入所述第二电极的所述电流中得到所述第三电容的波动。
8.如权利要求5所述的方法，包含在所述第一电极和所述第二电极之间施加交流电 压，确定响应于所述交流电压流入所述第一电极和/或所述第二电极的电流，并且从响应 于所述交流电压流入所述第一电极和/或所述第二电极的所述电流得到所述第二电容的 所述波动。
9.如权利要求5所述的方法，其中，所述电绝缘层包含驻极层和压电层的至少一个，所 述方法包含确定在所述第一电极和/或所述第二电极中通过所述驻极或压电层所引起的 电流，并且从所引起的电流中得到所述第二电容的所述波动。
10.如权利要求5所述的方法，包含将所述第一电极操作为所述第二电极的驱动屏 蔽，确定当所述第一电极操作为驱动屏蔽时流入所述第二电极的电流，并且从当所述第一电极操作为驱动屏蔽时流入所述第二电极的所述电流中得到所述第三电容的波动。
11.如前述权利要求中任意一项所述的方法，包含基于所述第二电容和/或所述第三 电容确定施加在所述座位上的负载的测量结果。
12.如权利要求11所述的方法，其中，确定施加在所述座位上的所述负载的所述测量 结果包含取所述第二电容和/或所述第三电容的波动的平均。
13.一种乘员检测系统，包括用于放置在自动车辆座位内的电极布置，所述电极布置包括第一电极、第二电极以及 夹入所述第一电极和所述第二电极之间的电绝缘层，其中所述第一电极用于将电场发射到 所述车辆座位上方的检测区域内；其中，在使用所述乘员检测系统期间，所述第一电极与车 辆接地构成具有第一电容的第一电容器，其通过在所述检测区域内的乘用项与所述电场相 互作用由乘用项可影响，所述第一电极与所述第二电极构成具有第二电容的第二电容器， 并且所述第二电极与第三电极和车辆接地的至少一个构成具有第三电容的第三电容器；可操作连接到所述第一电极和所述第二电极的估计电路，其中，对所述估计电路进行 配置和布置，以便确定在使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内并且将所述第二电 极操作为所述第一电极的驱动屏蔽期间的时间间隔中所述第一电容的测量结果；其特征在 于对所述估计电路进行进一步配置和布置，以便对所述第一电容、所述第二电容和所述第 三电容中至少一个的波动进行测量，对所测量波动的频谱进行分析，并且基于所测量的第 一电容和所述频谱得到所述座位的乘用状态。
14.如权利要求13所述的乘员检测系统，其中，对所述估计电路进行配置和布置，以便 确定流入所述第一电极的电流，并且从在使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内并 且将所述第二电极操作为驱动屏蔽期间的所述时间间隔中流入所述第一电极的所述电流 得到所述第一电容的测量结果。
15.如权利要求14所述的乘员检测系统，其中，所述估计电路从流入所述第一电极的 所述电流得到所述第一电容和/或所述第二电容的所述波动。
16.如权利要求13至15的任意一项所述的乘员检测系统，其中，对所述估计电路进行 配置和布置，以便确定流入所述第二电极的电流，并且从在使所述第一电极将电场发射到 所述检测区域内并且将所述第二电极操作为驱动屏蔽期间的所述时间间隔中流入所述第 二电极的所述电流得到所述第三电容的波动。
17.如权利要求13所述的乘员检测系统，其中，对所述估计电路进行配置和布置，以便 在第一种工作模式中，使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内，将所述第二电极操 作为所述第一电极的驱动屏蔽，确定在使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内并且 将所述第二电极操作为所述第一电极的驱动屏蔽期间的所述时间间隔中流入所述第一电 极的电流，并且从流入所述第一电极的所述电流中得到所述第一电容的所述测量结果；在 第二种工作模式中，在所述第一电极和所述第二电极之间施加交流电压，确定响应于所述 交流电压流入所述第一电极和/或所述第二电极的电流，并且从响应于所述交流电压流入 所述第一电极和/或所述第二电极的所述电流得到所述第二电容的所述波动。
18.如权利要求13所述的乘员检测系统，其中，所述电绝缘层包含驻极层和压电层的 至少一个，并且其中，对所述估计电路进行配置和布置，使得在所述第一种工作模式中，使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内，将所述第二电极操作为所述第一电极的驱动屏蔽，确定在使所述第一电极将电场发射到所述检测区 域内并且将所述第二电极操作为所述第一电极的驱动屏蔽期间的所述时间间隔中流入所 述第一电极的电流，并且从流入所述第一电极的所述电流中得到所述第一电容的所述测量 结果；在所述第二种工作模式中，确定在所述第一电极和/或所述第二电极中通过所述驻 极或压电层所引起的电流，并且从所引起的电流得到所述第二电容的所述波动。
19.如权利要求13所述的乘员检测系统，其中，对所述估计电路进行配置和布置使其 在第一种工作模式中工作，在该模式中使所述第一电极将电场发射到所述检测区域内，将 所述第二电极操作为所述第一电极的驱动屏蔽，并且确定所述第一电容的所述测量结果； 以及使其在第二种工作模式中工作，在该模式中使所述第一电极操作为所述第二电极的驱 动屏蔽，并且对所述第三电容的波动进行测量。
20.如权利要求19所述的乘员检测系统，其中，对所述估计电路进行配置和布置，使得在所述第一种工作模式中，确定流入所述第一电极的电流，并且从流入所述第一电极 的所述电流中得到所述第一电容的所述测量结果；在所述第二种工作模式中，确定流入所述第二电极的电流，并且从流入所述第二电极 的所述电流中得到所述第三电容的波动。
21.如权利要求13所述的乘员检测系统，其中，所述电极布置包含第三电极，所述第三 电极与所述第二电极一起构成所述第三电容器。
22.如权利要求21所述的乘员检测系统，其中，所述第二电极和所述第三电极夹入包 含驻极层或压电层的电绝缘层。
23.如权利要求21或22所述的乘员检测系统，其中，对所述估计电路进行配置和布置， 以便对流入所述第三电极的电流进行测量。
24.如权利要求21至23中的任意一项所述的乘员检测系统，其中，对所述估计电路进 行配置和布置，使得在第一种工作模式中，确定流入所述第一电极的电流，并且从流入所述第一电极的所 述电流中得到所述第一电容的所述测量结果；在第二种工作模式中，确定流入所述第三电极的电流，并且从流入所述第三电极的所 述电流中得到所述第三电容的波动。
全文摘要
一种乘员检测系统，包含用于放置在汽车座位中的电极布置和可操作连接到电极布置的估计电路。后者包括第一电极、第二电极、以及夹入第一电极和第二电极之间的电绝缘层，其中该第一电极用于将电场发射到车辆座位上方的检测区域内。当将电极布置放置在座位中时，第一电极与车辆接地构成具有第一电容的第一电容器，该第一电容通过在检测区域内的乘用项与电场相互作用由乘用项可影响，第一电极与第二电极构成具有第二电容的第二电容器，并且第二电极与车辆接地和第三电极中的至少一个构成具有第三电容的第三电容器。当使第一电极将电场发射到所述检测区域内并且将第二电极操作为第一电极的驱动屏蔽时确定第一电容的测量结果，作为座位乘用状态的第一指示符。对第一、第二和第三电容中的至少一个的波动进行测量，并且对所测量波动的频谱进行分析，其产生乘用状态的第二指示符。随后，基于第一指示符和第二指示符得到座位的乘用状态。
文档编号B60R21/015GK101801730SQ200880106497
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年9月12日
发明者C·布尔, G·格德特, L·拉梅施, P·奥尔莱维斯基, W·比克, Y·德科斯泰 申请人:Iee国际电子工程股份公司