使用人体作为导体的无线开关的制作方法

本发明一般性地展示涉及使用人体作为无线传送能量以提供电力来操作诸如rfid电子设备装置的系统和方法。本发明具体地涉及使用通过人体传递能量来供电的无线开关组件来控制车辆部件的系统和方法。

背景技术：

在车辆中，电线和连接器是保修维修的最大原因。在制造车辆时，线束成本是总制造成本的很大一部分。这些电线和连接器中的许多(如果不是大多数)与开关相关联。基于rfid射频技术的无线开关已经由本发明的发明人提出，例如在美国专利no.no.7,103,460。这种rfid射频技术受限于要求射频信号应答天线靠近开关的有限范围的无源rfid射频设备或要使用的昂贵的射频应答器。这使系统复杂化，并消除了无线技术的许多优点。目前，rfid射频应答器的开发范围可达20英尺；然而，它们是昂贵的。因此，需要提供能量作为开关的无源rfid射频装置的方法。本文公开的本发明使用位于车辆座椅中的发射器来提供能量来为各种rfid射频开关供电，该能量通过车辆乘员的身体传递。

与本文所述发明特别相关的技术文件和其他公开文献包括：

1.j.smith,t.white,c.dodge,j.paradiso,n.gershenfeld,d.allport“electricfieldsensingforgraphicalinterfaces”.1998,ieeecomput.graph.appl.

2.“locationprivacyandwirelessbodyareanetworks”,thephysicsasxivblog,mittechnologyreview,march23,2011.

3.j.a.paradiso,n.gershenfeld,“musicalapplicationsofelectricfieldsensing”,computermusicjournal1997.

4.kategreene,“talkingtothewall”,mittechnologyreviewmay3,2011.

u.s.patentsthatareparticularlyrelevanttoinventionsdescribedhereinincludethefollowinginadditiontothosereferencedinthetext:

5.u.s.pat.no.6,684,973,entitled“occupantdetectingapparatus”；

6.u.s.pat.no.6,816,077,entitled“multiplesensorvehicleoccupantdetection”；and

7.u.s.pat.no.6,960,841,entitled“passengerdetectionsystemanddetectionmethod”.

在本申请中使用的术语的可能定义在美国专利no.这些都通过引用并入本文中，其中第7,663,502和7,889,096号。

技术实现要素：

本发明的一个实施例包括一种含有座椅的车辆，乘客在车辆使用期间坐在座位上，以及用使用座椅中的乘客来传送或以其他方式提供从座椅中的天线发出的能量的系统，以操作电路从而调整，改变或改变车辆部件的状态，状态和/或操作。该系统包括至少一个电场天线，其发射来自座椅的射频辐射，其通过或由乘员的身体传导，以在形成电路的一部分的导电表面被触摸或乘客接近时提供能量以操作期望的电路。乘客的手指通过触摸或与其接触而发起与导电表面的电容耦合，或者通过在阈值距离之内来启动电容在手指和导电表面之间产生的电容耦合。在前一种情况下，导电表面可能暴露于与乘客的手指接触，并且在后一种情况下，导电表面可能被暴露的绝缘材料覆盖。

每个车辆座椅包含一组天线，每组包括至少一个天线。天线被电连接到控制和驱动电路，其使得天线组以指向乘员身体的一个或多个无线电频率发射波，其又将rf波传输到整个身体并进入乘客的手指。当乘员想要启动车辆部件(例如打开窗户)时，他或她将其手指移动到电子或电路(例如rfid射频装置或应答器)的导电表面并且可能接触，并且乘客的手指完成电路，从而以被整流以操作rfid射频设备的rf射频信号的形式提供电力。然后，rfid射频设备可以发射携带其唯一标识消息的无线信号。位于车辆方便位置的接收器接收rfid发射的无线信号并使车辆部件执行所需的功能，例如打开车窗。

本发明可以用于消除车辆中的所有到开关的电线，从而消除了大量的车辆配线，并降低了车辆的成本和重量并提高了其可靠性。由于车辆中所有的电激活部件需要电力来操作，例如可以通过车辆总线，无线地或经由电力线路或以任何其他方便的方式从控制器传送打开窗口的命令。

根据本发明的用于使车辆乘员能够控制车辆中的部件的方法包括将布置在座椅中的至少一个电场天线的第一组中的至少一个天线引导到乘员坐下来产生一个振荡电场以能够使电场在坐在座椅上时穿过乘员的身体的频率。当天线产生通过乘员传导的振荡电场时，当乘员的手指靠近或与导电开关接触时，乘员与开关导体表面之间的电容耦合可以在乘客的手指可接近的位置导电表面。电容耦合完成耦合到部件的电路，并且基于由乘员的手指完成电路来调整部件。调整可能需要改变或改变组件的状态，状态和/或操作。这可以基于乘客手指接近或接触的导电表面。

附图说明

以下附图说明了使用本文公开的至少一个发明的教导开发或改进的系统的实施例的说明，并不意味着限制权利要求所涵盖的本发明的范围。

图1是具有本发明的第一实施例的包含多个电场天线的包含驾驶员的车辆剖面和车辆的侧面图。

图2说明了使用一对天线。

图3是电场感应系统的方块电路图1.

图4是根据本发明的第二实施例的具有零件切除和拆卸的车辆的透视图，其示出了包括驾驶员和乘客座椅上的电场动力传动系统的乘客舱。

图5是示出乘员发送用于操作应答器的电力的系统的操作的示意图。

图6是车辆的乘客舱前部的视图，示出了安装在方向盘上的无线开关和触摸板以及各种仪表板安装的无线开关。

图7示出了安装在方向盘上的无线鼠标。

图8和9显示可以放置触摸板的其他内表面，如扶手(图8)或从仪表板突出来的位置(图9).

最佳具体实施方式

在本说明书的任何地方引用的所有专利或文献均通过引用整体并入本专利。此外，虽然以下许多示例涉及特定车辆，但是所指汽车，本发明不限于任何特定车辆，并且因此可应用于包括诸如具有乘客车厢或其他车厢所有相关车辆的汽车，卡车，农用拖拉机，建筑机械，火车，飞机和船只。

在说明书和权利要求书中使用的“或”和“和”应在连接和分离的情况下阅读，只要它们出现在需要的地方，意指使文本包含而不是排他性，并且这两个词都不应被解释为限制范围的文字。

电场监控系统是无线开关特别有用的技术，特别是因为它现在正在被hondaelesys和别的车辆作为乘客存在和位置传感器使用.可以使用hondaelesys系统的适配，如下图和u.s.pat.no.8,725,311所示，允许使用无线开关。

现在参考附图，图1是侧视图，其中部分剖开并移除了示出乘客室18的车辆16或包含操作车辆16并坐在座椅20中的驾驶员2的乘客舱。嵌入座椅20或作为座套材料是两组电场天线4和6.每组电场天线4,6可以嵌入座20中的方式可以是将电场天线4,6放置在缓冲材料中为了使其套件的电场天线4,6成为座椅护罩材料的一部分，可以将导电材料编织到座椅护罩的材料中或布置在座椅护罩的材料上。其他替代方案包括将导电垫放置在座椅20贴近座椅护罩材料正下方位置，或者在某些情况下使用座椅加热线作为天线。因此，座椅20的区域可以被导通并用作天线的许多方式。具体特定天线的设计取决于被发射的信号的波长，并且在本领域中是众所周知的。

每组电场天线4,6可以具有任何适当数目的单个天线，例如1至约20.天线组4用7个天线和具有5个天线的天线组6示出。图。图2示出了将单个天线12放置在座椅底部部分30中的实施例，并且将第二单个天线14放置在座椅靠背部分32中。座椅底部部分30是座椅20的那部分，驾驶员2或其他乘客坐在座椅靠背部分32是座椅乘员背靠着的那部分座位20。

在座椅底部部分30或座椅靠背部分32中仅存在单一组天线(该组中的一个或多个天线)的实施例是可能的。因此，座椅底部部分30中的天线足以使本发明通过驱动器2起作用并传送振荡电场(尽管图1示出了用于驾驶员2的系统，该系统同样适用于车辆中的任何乘客，并且以下参考驾驶员不限制将本发明用于驾驶车辆的人员)。

每个天线4,6连接到包括振荡电场产生电路(见图1)的电子控制单元(ecu)9。ecu9包括本领域技术人员已知的软件和硬件，例如处理器单元和信号处理电路以及体现在计算机可读介质上的软件，以实现本文所述的功能。如本文所使用的，“控制单元”通常是指能够处理用于识别的目的的输入数据和/或信号的任何组件或组件的组合，并且从数据和/或信号处理，命令或信号生成为指向要控制的一个或多个其他电子部件。根据本发明的控制单元可以具有其他功能，例如，以产生要经由通信系统发送的信号。此外，如本文所使用的，“天线”可以被认为是靠近座椅20的乘员定位的任何导电表面。这样的导电表面可以是电场被传送或传送给乘客的源。虽然天线可能以优选的方式“被调谐”为正被发送的波长工作，天线却不必具有任何特定的几何形状。

ecu9的代表性电路方框图一般以图3中的所示图1的天线组在40处表示。本领域技术人员将理解如何在商业电子封装中实现该电路框图。

在电路框图40中，在例如约30khz至100khz或约30khz至约10mhz的频率范围内操作的振荡器21附接到电阻器部件22，一对选择开关23和24个，分别连接到选择开关24的电压缓冲器25，接收电压缓冲器25的输出的检测器26，用于将来自检测器26的模拟数据转换为数字信号的a/d交直流转换器27以及处理器28连接到a/d交直流转换器27，用于处理数字信号。处理器28控制选择开关23,24。座椅靠背或座椅靠背部分32(天线组4)中的天线标记为4-1至4-7，并且座椅底部或座椅底部部分30中的天线(天线组6)标记为5-1至5-5。不是所有的天线在图3中被单独标记，例如天线10。

选择开关23,24或选择器的一个功能是基于乘员的形态(驾驶员2)选择发送和接收天线的组合，以提供所产生的rf信号与乘员身体(驾驶员2)之间的最佳耦合)。通过处理器28控制选择开关23,24，可以选择一组或两组中的特定一个或多个天线以产生rf波或信号。

可以在本发明中使用执行与选择开关23,24相同功能的任何类型的其它选择装置，及对于一些实现本发明功能的选择装置，可能有不需要这样的选择开关的替代技术方案。乘员的形态(驾驶员2)可以影响到天线组4,6的电流。通过监视这样的电流，可以确定靠近天线的身体的存在，并且如果一个乘员不与天线相邻，则关闭该处天线的电力此外，如果座椅20未被占用，则可以关闭所有天线的电力。

在美国专利中提供了乘员监控传感器功能的良好背景。6,684,973和6,960,841号以及被授权给elesys和本田的其他专利，涵盖乘员感应，以及授权给automotivetechnologiesinternational，inc.(ati)以及本文提及的americanvehicularsciencesllc(avs)的其他专利。而elesys，ati和avs主要使用这种技术来确定乘客座椅的占用情况，以便进行安全气囊的抑制或低能量起爆，这里的目的是以完全不同的方式使用该技术来传递电力来操作无线交换机。

在目前的安全气囊系统中，为了安全气囊的抑制目的，驾驶员通常不需要分类，因此不需要在驾驶员座椅上安装电动乘员监视器。通常假设驾驶员具有成人的特征，并且除非驾驶员的座椅位于远处，指示驾驶员是小身材的成人(基于位置的安全气囊抑制或控制的确定)，否则不需要抑制安全气囊)。这可以由座椅轨道传感器来确定。因此，以前，驾驶员座椅中尚未安装电场传感器来进行驾驶员监视。当然，如果它们被安装用于为本发明中的无线交换机供电，它们也可以用于少量(如果有的话)附加成本的乘员偏离座位(非正常坐姿)的感测。

图中示出了具有分别切除和拆除车辆50的透视图，其示出了分别包括与驾驶员和乘客座椅61,62相关联的电场占用感测系统的驾驶室52。尽管在驾驶员和乘客座椅61,62上示出的系统是相同的，但实际上它们的主要功能和操作模式可能不同，这可能决定了座椅61,62的不同天线装置。天线与乘客座位62相关联的天线或几组天线65和66可以主要是乘员分类传感器，用于例如确定是否存在儿童或面朝后面的儿童座椅，或者座椅未被占用，在这种情况下在涉及车辆50的碰撞的情况下用于保护乘客座椅乘员的安全气囊将被抑制或可能被削弱弹出能量。天线组65,66可以以与天线组4,6的天线集成到座20(如上所述)相同的方式集成到乘客座62中。

与驾驶员座椅61相关联的电场系统可以与乘客座椅62相同，但是主要功能可以是监视心跳和呼吸速率，以确定占用座椅61的驾驶员是否正在入睡，和/或具有突发心梗不能操作车辆50，如美国专利no.第8,725,311号。驾驶员座椅和乘客座椅61,62的ecu67,68的电路框图中的处理器28可以与图3所示的电路框图40相同或包括相同的电路。并且可以对天线系统或天线组63-66的不同用途执行不同的例程。在这两种情况下，如本文所公开的，可以使用由天线63-66产生的振荡电场作为无线开关系统的一部分。

在图4中，乘客座椅62具有电场天线组或数组天线65和66，驾驶员座椅61具有电场天线组或数组天线63和64.天线组63,64可以以与天线组4,6的天线被集成到座椅中。每个座椅61,62可以在驾驶员座椅61内或驾驶员座椅61上具有标记为67的自己的ecu，并且在乘客座椅62上或上方标记为68.单个ecu可以维持座椅61,62并且不需要定位ecu在座椅61,62中，ecu67,68可以布置在相应座位61,62中的相应座椅61,62中，或者甚至可以与座椅61,62分开，在所有情况下，通过导线耦合到相应的天线组。乘客座位62也可以表示位于驾驶员座椅61后排的座椅位置。

在美国专利us8,725,311中，图6a，和6c，并且相应的描述说明并解释了在存在乘员身体监控和修饰的乘员身体监控系统的情况下单个电场监测元件的操作原理，这些原理可以在本发明的任何实施例中使用，并且是通过引用并入本文。

以类似的方式，前述“311专利”的图7a-7c和相应的描述说明并解释了在存在乘员身体监控和修改的乘员身体监控系统的情况下一对相互作用的电场监测元件的操作原理，并且可以用于确定应该使用哪些天线。

如美国专利6,326,704,7,079,450,7,889,096,7,760,080,7,089,099,7,880,594,7,786,864,7,920,102,7,467,034,8,068,942和8,032,264,中所描述的，电线和连接器不仅是制造和安装在车辆中的昂贵组件，它们也是最大的保修原因。因此，尽可能地消除电线和连接器是迫切需要的。其中大部分可以通过使用电场系统来实现，例如本文别处讨论的本田elesys乘员位置监测传感器。本发明可以以许多方式实现，这里仅讨论其中之一。作为可能替代的实施方案，参见美国专利8,725,311号。

例如，如果通常存在于驾驶员门中的全车电动门锁开关被用于定义驾驶员将与之相互作用的导电表面的有源rfid射频开关取代，那么激活rfid开关所需的电能可以从当rfid开关的输入端子(导电表面)与乘员相互作用时，驾驶员座椅中的座椅天线通过乘客的身体到他或她的手指和rfid射频开关。由rfid限定的导电表面之间的相互作用可以是乘员的手指与可能被暴露的导电表面的接触，使得乘客的手指与暴露的导电表面的触摸为rfid开关供电。

或者，rfid开关的导电表面可以不被暴露，而是可以位于另一个暴露的，覆盖或覆盖的材料或基底之下，例如，由本身暴露并被乘员的手指接触的材料形成的绝缘表面。在该实施例中，乘员的手指不会与导电表面接触。相反，在乘员的手指和导电表面之间存在电容耦合，当乘客的手指和导电表面之间的距离约为0.1英寸时，这是可能的。通常，乘员的手指和导电表面之间将存在“电容相互作用”，这可能是它们之间的触摸或接触，或者在能够电容耦合的小距离上耦合。因此，电容式触摸板可以被包括在rfid开关中以便于其被乘员激活。

然后，rfid射频开关可将其每个rfid射频唯一的id传送到应答器，该应答器指示乘员希望锁定或解锁所有车门，并且应答器可以导致该功能被执行。只要能够从电容性交互获得足够的电能，rfid就可以开始发送id信号，或者可以插入物理开关将来自乘客的手指的电能连接到rfid，从而向乘员提供正常的触觉响应，开关被按压(激活)。本领域技术人员现在可以找到或开发许多其他的rfid开关以及允许执行正常开关功能的机械或电路设计。rfid开关的输入端可以是将乘客的手指连接到rfid电路的任何导电路径。当需要可变效果时，也可以使用rfid信号传输的持续时间，即乘员的手指和导电表面或输入端之间的电容性交互的持续时间，例如窗口的部分打开或关闭。

图5是示出大体上在100处表示的乘员发送用于操作应答器的系统操作示意图。该原理图可以包括如上所述的rfid开关。具体地，如电容器104所示，rf源102电容耦合到乘员106.rf源102可以是如上所述的座椅中的天线。rf源102还可以影响应答器接收器112；然而，这不太可能由于频率的显着差异。

当乘员106再次接触应答器110或在乘员106和应答器110之间产生电容性交互作用时，与天线相关联的ecu使得一个或多个天线引导振荡电场，频率使电能通过乘员(图1所示)进行通信，通过电容器108到应答器110的电容耦合，并且应答器110在应答器110的导电表面在人106和应答器110之间产生触摸或电容性交互。应答器110可以是rfid射频设备或交换机的形式。发送周期以114表示，接收周期为116.系统中的所有设备可以共享公共接地120。

在图如图5所示，乘客106和可以是rfid标签的应答器110被示出为具有公共接地。或者，乘客106和应答器110可以仅通过电容耦合松散地连接到地线，在这种情况下，不存在来自乘员106或从应答器110(rfid标签)到公共接地的电线。

在该实施例中，由乘员完成的电路包括应答器110，其可以被放置在使得由其限定的导电表面能够被乘员106接触的位置上，或者更一般地，在人106和应答器之间产生电容性交互应答器110被配置为当由乘员106启动电容性交互作用时发送无线消息，乘员106由乘员106和应答器110之间的电容耦合108表示，(当rf源102)产生通过乘客106传导的振荡电场。电路还包括应答器接收器112，其被配置为在至少一个天线中接收由发射机应答器110在由乘员106启动电容性交互时发送的无线消息产生穿过乘员106的振荡电场。

图6是汽车的乘客舱的前部视图，显示了安装在方向盘上的无线开关和触摸板以及大体上以200示出的各种仪表板安装的无线开关。几个方向盘安装的传感器204和方向盘安装触摸板210被示出为安装在方向盘202上。传感器204和触摸板210可以各自是电路的一部分，并且限定乘员要接触的导电表面以实现车辆部件的控制，从而构成本发明依据(如图5所示)。

通过使所有这些开关无线，并且如果安全气囊ecu与方向盘安装的安全气囊206通信，则可以消除方向盘和转向柱之间的时钟弹簧连接器，开关和气囊信息当前通过该时钟弹簧连接器。对于安全气囊，需要具有足够的能量将存储在电容器中使气囊展开在方向盘202上。仍然需要对该电容器充电的能量，但是这也可以通过在转向柱和方向盘202之间通过无线充电完成.另外还示出了一组四个开关，示出了也可以在仪表板上使用无线开关。图7示出安装在方向盘上的无线鼠标210。

乘客车辆的内部在图1和图2中总体上示出为300。8和9，以及触摸板的替代位置，在这种情况下为了方便乘客。每个触摸板可以是电路的一部分，并且限定由乘员通过电容相互作用来启动以实现车辆部件控制的导电表面。

示出了安装在靠近乘客右手扶手上的一个触摸板302(图8)。第二触摸板304从仪表板306突出出来。当不使用时，该组件可以被存放在仪表板306内不在人的视线内。当乘客打算使用触摸板304时，他或她将通过手柄308拉动包括触摸板304的组件，使触摸板304朝向他或她。为了长时间使用触摸板304，乘客可以从支架上移除触摸板304，并且甚至将托架放回到仪表板306中。然后可以从乘客的膝盖操作触摸板304。在这种情况下，触摸板304与车辆的通信可以通过红外线或射频发射或其它方便的无线方法或线路进行。图8和图9中的触摸板302,304可以以与上述开关相同的方式得到它们的电能。乘员的手指将电力从座椅中的天线传递到触摸板302或304.设置在触摸板302和304上的命令可以以与上述相同的方式无线地发送到车辆。一组开关310也可以安装在扶手或其他地方，用于无线地控制诸如窗户，门锁等的车辆补充。

电磁式乘员传感器的一般讨论出现在上述具有共同的发明人的上述专利和专利申请中，并且在此不再赘述。这样的专利出版物主要讨论乘员感知目的的电场和车辆乘客之间的相互作用。这是与本文所设想的电场的不同用途，但是提供了相对的背景信息。

在上文参考的论文中讨论了将人体用作转移约30khz至约100khz范围内的电能的手段的详细讨论且特别在参考附录1，因此在此不再赘述。

在上述公开的发明中，包括使用乘员身体从一个或多个紧密耦合的天线传送(发射)电力到随后无线传送给询问器的电子或电路的系统的车辆，执行乘员所期望的功能。该信息可以转换为与车辆部件相关的动作。根据本发明的车辆包括一个框架，一个或多个电场发射天线以及当该电路中的部件的导电表面与乘员发起相互作用时的电或电子电路，通过例如发射向询问器发送无线信号，导致所需的车辆部件控制。

以上公开的主要方法涉及在被认为是非显而易见的方式中扩大使用电场(ef)传感器，例如由本田elesys销售的用于检测和分类车辆中乘客的安全气囊抑制。在上述“311专利”中，心脏和呼吸频率的测量及其变异性和异常性，已经公开了其他非明显用途，例如使用手势与车辆系统通信以及消除与车辆开关相关的电线。这些使用了电场的几个性质，包括在装载，发射和分流模式下的操作。(musicalapplicationsofelectricfieldsensing，april，1996)。本发明将上述应用扩展到使用人体传送(发射)电能以提供操作能够例如在提供这种电能时发射无线信号的电路所需的能量。

本文所述的方法可以与“311专利”中提供的方法结合使用心跳和呼吸速率来确定乘员是否打瞌睡，并且其又可以彼此组合，以及本文或其他地方公开的其它方法，或以其他方式已知或应用于本发明所属领域。虽然上述技术的主要应用是用于汽车无线交换机，但其他应用是将该技术应用于飞机驾驶员和火车线路(或更一般地，车辆操作者)以及汽车和飞机(或更通常的车辆乘客)中的其他乘客到启用无线切换。

虽然上面示出和描述了几个优选实施例，但是对于执行相同功能的组件，可以使用其他几何形状，传感器，材料和不同尺寸的组合。本文公开的发明中的至少一个不限于上述实施例，并且应由所附权利要求来确定。除了上述之外，还有许多其他应用。然而，在考虑到本说明书和公开其优选实施例的附图之后，本发明的许多变化，修改，变化和其他用途和应用将对本领域技术人员变得显而易见。不脱离本发明的精神和范围的所有这些改变，修改，变化和其他用途和应用被认为被仅由所附权利要求限制的本发明所覆盖。