CN101743147B - 用于机动车辆的乘坐者检测*** - Google Patents

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Abstract

一种机动车辆包括乘坐者检测***(10)，用于探测一或多个乘客座椅的乘坐状态。乘坐者检测***包括操作性地连接着控制单元的控制单元(20)，一或多个振动传感器(18)，所述一或多个振动传感器中的每个被安置在相应的一个乘客座椅中，以及至少一个振动传感器，其被安置在驾驶员座椅中并且操作性地连接着控制单元，从而向控制单元提供基准信号。

Description

用于机动车辆的乘坐者检测***
技术领域
本发明总体上涉及用于机动车辆的乘坐者检测***，特别是这样的***，其包括安置在车辆座椅中的振动传感器，例如用于检测乘坐者的心率和/或呼吸频率。
背景技术
众所周知，振动传感器被用于探测存在或不存在车辆座椅乘坐者。举例来说，US 2005/0027416A1公开了一种用于车辆中的心率检测***。第一加速度或振动传感器布置在车辆座椅中，第二个这样的传感器布置在车辆地板上。当座椅被占据时，第一传感器接收由乘坐者的心率引起的振动。然而，由于源于环境的振动也被接收，心率信号可能会被这种杂波屏蔽。远离乘坐者布置的第二传感器会接收来自环境的振动，例如源于车辆运行，而非来自乘坐者，因而提供基准信号，其被用于从第一传感器传送的杂波信号提取心率信号。
已知驻极体传感器适用于将人的运动和生命功能产生的机械力转换为电信号。驻极体膜(有时也被称作″铁电驻极体″)是一种包含气泡或水泡的介电膜，并且其中具有永久性或准永久性电荷分布，这会导致介电材料被极化。介电膜叠夹在两层形成电极的导电材料之间，所述电极可被连接至评估电路。驻极体膜和两个叠夹导电层的组件在这里被称作″驻极体传感器″或″驻极体振动传感器″。这种驻极体传感器被公开于例如欧洲专利申请0182764和美国专利7,216,417。
发明内容
技术问题：
本发明的目的是提供一种车辆，其具有改进的乘坐者检测***。该目的可由本发明的机动车辆实现。
本发明总体描述：
一种机动车辆包括乘坐者检测***，用于探测一或多个乘客座椅的乘坐状态。乘坐者检测***包括控制单元和操作性地连接着控制单元的一或多个用于乘客座椅的振动传感器，一或多个用于乘客座椅的振动传感器中的每个被安置在相应的一个乘客座椅中。根据本发明的重要方面，乘坐者检测***包括至少一个用于驾驶员座椅的振动传感器，其被安置在驾驶员座椅中并且操作性地连接着控制单元，从而提供基准信号至控制单元。
本发明利用了这样的事实，即在行驶的车辆中，驾驶员座椅总是被成人占据(除了极端意外的状况外)。可以理解，控制单元可以例如使用由驾驶员座椅中的振动传感器获得的基准信号以获取环境杂波。为此，控制单元可以应用模式识别算法，其识别存在驾驶员时典型具有的那些振动(例如驾驶员心率和/或呼吸频率)。然后，这些振动可以被从原始基准信号滤波，以便获得背景杂波信号，其基本上仅包含因车辆行驶造成的那些振动。或者，控制单元还可将基准信号与一或多个乘客座椅中的一或多个振动传感器的一或多个信号进行比较。如果基准信号和其它信号在至少一个预定方面彼此″类似″，则控制单元的结论为相应的乘客座椅被占据。如果基准信号在至少一个预定方面不同于其它信号，则结论为相应的乘客座椅是空的。本领域技术人员可以理解，为确定信号之间的相似性或不相似性，控制单元可将信号(从驾驶员座椅和乘客座椅中的振动传感器接收)通过分布图与特征空间中的点建立联系，并且基于特征空间中的这些点之间的距离确定相似度或不相似度。上述技术和类似技术(例如使用神经网络)本身是公知的，并且在本公开物的框架内不再详细讨论。
优选地，振动传感器中的每个是心率和/或呼吸传感器，即充分敏感而能够在乘坐者坐在相应的座椅上时检测乘坐者(例如成人、儿童或位于婴儿座椅中的婴儿)的心率和/或呼吸频率。在这种情况下，基准信号包含杂波信号成分，并且如果驾驶员座椅被驾驶员占据，则包含心率和/或呼吸信号成分。控制单元可将杂波成分从心率/呼吸频率成分分开，例如通过检索由驾驶员的心率和/或呼吸引起的模式，即心率具有0.5至3.0Hz(30至180每分钟心跳)范围内的频率，呼吸具有0.1至0.8Hz范围内的频率。为了将心率和呼吸成分从基层背景杂波分开，控制单元可使用各种技术。举例来说，可以基于与不同条件下(不同的车辆杂波级别，不同的心率和/或呼吸幅值，不同的乘坐状态：成人、儿童、婴儿座椅中的婴儿、宠物、座椅上的重物等等)记录的预先存储信号模式所做比较，使用模式匹配技术、聚类分析技术、主成分分析技术、逻辑回归或多元线性回归技术等等。其它途径可以包括使用基于子波的适应性滤波器。这种途径的优点是，只有子波的参数被记录，这会显著减少需要被存储的数据量。
本领域技术人员可以理解，对于来自驾驶员座椅中的振动传感器的信号，一方面分离杂波信号成分、另一方面分离心率和呼吸成分，要比其它信号容易实现，这是因为行驶车辆中驾驶员座椅的乘坐状态可以假定是已知的。
根据本发明的优选实施方式，车辆座椅中的振动传感器包括驻极体振动传感器，例如聚合物铁电驻极体或基于聚合物的机电膜。这种振动传感器适于探测心率和/或呼吸频率。这种驻极体传感器的介电膜可以由各种聚合物制成，举例来说，包括聚丙烯(PP)，等规聚丙烯(i-PP)，聚四氟乙烯(PTFE)，PTFE的各种共聚物(例如AF，TFE，FEP，PFA)，环烯烃类(COC)，环烯烃类共聚物，聚乙烯(PE)，聚醚酰亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚偏二氟乙烯(PVDF)或其共聚物(如P(VDF-TrFE))，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘二甲酸乙二醇脂(PEN)，和聚酰亚胺(Pl)。驻极体振动传感器优选地被选择为使得其压电电荷常数等于至少50pC/N，更优选地，使其压电电荷常数位于75pC/N至150pC/N的范围内。
在本发明的优选改型中，乘客座椅(并且可能还有驾驶员座椅)配备有不同类型的附加乘坐者传感器。这些附加乘坐者传感器可以包括例如一或多个电容式传感器，其连接着控制单元并且分别安置在所述一或多个乘客座椅中的相应的一个中。更优选地，所述附加乘坐者传感器包括一或多个压力传感器，其连接着控制单元并且分别安置在所述一或多个乘客座椅中的相应的一个中。有利地，这些压力传感器是薄膜型压力传感器。附加乘坐者传感器与振动传感器的组合提供了增加的检测可靠性。此外，这样的***可以在更广泛的级别内对物体或乘坐者进行分类。另外，由于附加乘坐者传感器提供了探测空座椅的附加可能性，因此控制单元可以将该座椅中的一或多个振动传感器的信号用作空座椅基准信号，其仅包含背景振动。这使得检测由所占据座椅的上的乘客或驾驶员引起的振动以及归类乘坐者级别得到简化。
最优选地，任何附加乘坐者传感器和振动传感器可在相应的乘客座椅或驾驶员座椅中形成结构性实体。例如，薄膜型电容式传感器或薄膜型压力传感器可以与振动传感器一起布置成柔性叠层结构。
振动传感器可以布置在车辆座椅中的任何地方，例如在靠背中。然而，优选地，它们安置在车辆座椅的座部中。
根据本发明的优选实施方式，乘坐者检测***操作性地连接着安全***或构成安全***的一部分，该安全***被构造和布置成在机动车辆停用时监视车辆室内。安全***可以包括额外传感器，例如门锁传感器，外侧和/或内侧温度计，超声传感器，安置在车辆驾驶室中的2D和/或3D摄像机，安置在车辆外侧的2D和/或3D摄像机，碰撞传感器，等等。安全***可以被构造为防盗***或用于在车辆不移动时探测有人存在于车辆中。更特别地讲，安全***可以被构造成用于在工作时探测是否有儿童或婴儿存在于车辆中，以及某些环境条件，例如温度，以便在可能导致达到危险级别的儿童高体温或低体温的情况下发出警报。安全***优选地包括位于车辆中的警报装置，用于警告行人，和/或被构造和布置成与驾驶员车钥匙中的警报装置无线通信。作为附加或替代，安全***还能够被构造成接通驾驶员(或任何其它预定人员)的寻呼机或移动电话。本领域技术人员可以理解，本发明这种实施方式的安全***可以检测某些生命功能，例如，如果振动传感器被构造为心率和/或呼吸传感器，则可检测留在车辆中无人照看的儿童或婴儿的心率和呼吸。该***可以使用这些生命功能来评估事态的严重性。如果配备有适宜的通信装置，该***可以在儿童或婴儿受到危急的危险时向紧急呼叫中心发出紧急呼叫。
优选地，安全***包括或操作性地连接着乘坐者检测***、警报装置和电源管理模块，该电源管理模块在情况不紧要时(特别是如果所有车辆座椅为空时)将整个***切换到节电模式。在这种节电模式下，***的检测周期之间的间隔加大。
本发明还可以被有利地用于其中一或多个乘客座椅(例如车辆后排座椅)配备有自动展开和收回头枕的车辆中。在这种情况下，控制单元可以基于一或多个乘客座椅的乘坐状态控制头枕的收回和展开。本领域技术人员可以理解，当车辆后排座椅为空时，这些座椅的头枕优选地处在收回位置，因为这些头枕会部分地阻挡驾驶员的后视效果。然而，如果这些座椅之一被占据，头枕应当处在展开位置，以便在碰撞事件中保护乘坐者。在本实施方式中，乘坐者检测***基于是否相应的座椅被占据确认头枕是否处在适宜的位置。如果振动传感器被构造成用于探测心率和/或呼吸频率，该***可以被构造成维持头枕处在收回位置，除非检测到有人位于相应的座椅上。
本领域技术人员可以理解，乘坐者检测***可以包括安置在车辆中的远离车辆座椅的位置的附加振动或加速度传感器，从而提供进一步的基准信号。然而，优选地，该***不包括这种远离座椅的附加振动或加速度传感器。
附图说明
通过下面参照附图为一些非限定性实施方式所做详细描述，本发明的其它细节和优点可以清楚地展现出来，在附图中：
图1是乘坐者的检测***的示意图，其中具有集成于驾驶员座椅和多个乘客座椅的座部中的驻极体振动传感器；
图2是乘坐者的检测***的示意图，其中具有集成于驾驶员座椅和多个乘客座椅的座部中的驻极体振动传感器和压力传感器；
图3是根据第一改型的驻极体振动传感器与压力传感器的组件的示意性剖视图；
图4是根据第二改型的驻极体振动传感器与压力传感器的组件的示意性剖视图；
图5是驻极体振动传感器与电容式传感器相组合的示意性剖视图；
图6是显示出基于聚类分析的座椅占据状况探测方法的示意图。
具体实施方式
图1示出了一种乘坐者检测***10，用于具有多个布置在其中的车辆座椅的车辆。车辆座椅包括驾驶员座椅12、各自独立的乘客座椅14和相当于三个乘客座椅的条凳16。应当指出，所示出的座椅分布以及它们的数量可以不同于车辆内的实际配置。每个车辆座椅12、14、16具有座区，在其中装配着驻极体振动传感器18。驻极体振动传感器18通过配线22和连接槽24连接着电子控制单元20。
电子控制单元20包括放大器26和滤波器28，分别用于放大和滤波来自驻极体振动传感器18的信号。被放大和滤波的信号在多路转换器30中被多路传输，该多路转换器将放大器和滤波器与处理单元32(例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)或类似物)相接，该处理单元执行车辆座椅乘坐者探测并且可能对其分类的算法。控制单元20可借助于接口电缆21被连接至车载车辆计算机(未示出)。
在操作时，***10将来自驾驶员座椅12的信号用作基准。处理单元32运行模式识别算法，以识别被放大和滤波后的基准信号中的由于存在驾驶员时典型出现的振动而产生的信号成分，特别是驾驶员的心率和呼吸频率。处理单元然后将这些信号成分从被放大和滤波后的基准信号剥离，从而获得杂波信号成分，其基本上只包含因车辆行驶导致的那些振动(背景杂波)。驾驶员的心率和呼吸信号成分可以被进一步处理，以便判断驾驶员是否处在适于驾驶的健康状态。基准信号的杂波信号成分被用于提取由其它振动传感器获得的信号中的心率和呼吸信号成分。如果来自乘客座椅中的振动传感器的一或多个信号中没有心率和呼吸信号成分，则处理单元可以计入这些信号，以便确定因车辆振动导致的通用于全部振动传感器的杂波。
图2示出了一种乘坐者检测***10′，其中驻极体振动传感器18和薄膜型压力传感器34形成结构性单元，这些单元集成于车辆座椅12、14、16的座部中。驻极体振动传感器18和薄膜型压力传感器34通过配线22和连接槽24连接着控制单元20′。控制单元20′主要包括图1中的控制单元20中的那些元件；然而，控制单元20′具有增多数量的通道，以及改造的处理单元32用于驱动和查询压力传感器34。控制单元20′还包括(可选的)附加加速度传感器36，其远离车辆座椅12、14、16布置，用于直接探测由行驶车辆引起的杂波。
***10′的操作可以不同于***10，特别是因为压力传感器提供了附加指示哪些座椅被占据、哪些是空的。如果一或多个压力传感器34检测出相关的座椅是空的(未被施加负载)，则来自相应驻极体振动传感器的信号可以被取作基准信号，其只包含由行驶车辆引起的振动。如果压力传感器判断出全部座椅都是被占据的(由乘坐者占据或由施加在座面上的负载占据)，则处理单元32将来自驾驶员座椅中的振动传感器的信号用作基准信号。对不同的车辆座椅的乘坐状态进行分类是基于来自压力传感器34和驻极体振动传感器18的输入实现的。
图3和4中示出了驻极体振动传感器和压力传感器的组件的两种实施方式。在图3中的组件中，压力传感器34借助于双面胶38贴附在驻极体振动传感器上。驻极体传感器18包括第一接地导电层40和第二导电层42，它们叠夹着可压缩驻极体膜44。驻极体膜由其中包含气体泡的介电聚合物材料制成。压缩驻极体膜44导致膜中的永久性或准永久性电荷彼此相对偏移，这会在第二导电层42中产生电信号。驻极体传感器18还包括第三导电层46，其借助于绝缘层48安置在第二导电层42上面。
压力传感器34包括第一承载膜50、第二承载膜52和间隔体54，第一和第二承载膜借助于该间隔体而布置成彼此相隔。间隔体中设有孔56，所述孔限定了压力传感器34的有源区。在压力传感器34的每个有源区中，设有电极结构，其中第一电极58和第二电极60施加在第一和/或第二承载膜50、52上。随着压力传感器34承受压缩力，第一和第二承载膜50、52被带到在有源区相互接触的状态，从而电接触建立在各第一和第二电极58、60之间。压力传感器34可以由所谓的通孔型配置(图中所示)实现，其中第一电极58布置在第一承载膜50上，第二电极60布置在第二承载膜52上、与相应的第一电极58呈面对关系；或者由所谓的分流型配置(图中未示出)实现，其中第一和第二电极58、60布置在同一承载膜50、52上，并且其中接触元件或分流元件布置在另一承载膜上、与相应的第一和第二电极呈面对关系。在这两种配置中，第一和第二电极中的一或多个和以及分流元件可以包括压敏层，其电阻值取决于施加在其上的压力。
在图4所示的组件中，压力传感器34′和驻极体振动传感器18′共享功能层。驻极体传感器18′包括可压缩驻极体膜44，其被导电层42和42′叠夹着。压缩驻极体膜44在导电层42和42′中引起电信号。导电层42、42′通过接地导电层40和46而分别在顶部和底部被屏蔽。导电层和导电接地层通过绝缘层48′和48″而彼此分开。压力传感器34′的结构类似于图3中的压力传感器34之一。然而，绝缘层48′扮演了压力传感器34′中的承载膜之一的角色。
图5示出了图3所示驻极体振动传感器18与电容式传感器62的组件。电容式传感器包括导电层64、66，二者之间由柔性、但实质上不可压缩的(与驻极体相比)绝缘膜分开。举例来说，导电层64、66被施加(例如印刷)在绝缘膜68的两侧。电容式传感器借助于绝缘胶膜38贴附在驻极体振动传感器上。当电容式传感器操作时，控制单元向下部导电层66施加振荡电压，同时将上部导电层64(其同下部导电层66相比更靠近车辆座椅)维持在与下部导电层66几乎相等的电势。上部和下部导电层之间的区域因此而是几乎没有电场的，这导致上部导电层64对电容变化的敏感度与车辆座椅的座面相关。取决于车辆座椅的乘坐状态，上部导电层64车辆接地部之间的耦合更强或更弱，因而流入上部导电层的电流相应地变化。控制单元测量这种电流的某些特性，然后控制单元基于所述特性得到有关乘坐者类别的第一指示。控制单元基于来自相关振动传感器的读数来精确调节该分类结果。
一种借助于振动传感器基于聚类分析(cluster analysis)来探测座椅占据状况的方法示意性的显示于图6。该方法要求采用练习过程，该练习过程在该方法本身可被执行之前进行。在练习过程中，对于各种车辆杂波场合(发动机关闭，发动机运转，低度振动(例如在快车道上出现)，中度振动(例如在城市街道或在郊区公路上出现)和高度振动(例如在恶劣道路或越野条件下出现)，与各种座椅占据状态相关的数据被记录(在实施例中，占据状态包括被成人、位于儿童约束体中的儿童以及物品占据)。当这种方法被执行时，车辆中由传感器收集的每个″新读数″被与预存储的数据混合，并且聚类分析算法被运行，以便计算新读数与存储数据之间的相似性(或不相似性)级别。这样，对新读数的分类以及可靠度级别可被确定出来。

Claims (12)

1.一种机动车辆，具有布置在其中的车辆座椅，所述车辆座椅包括驾驶员座椅和一或多个乘客座椅；所述车辆包括乘坐者检测***，用于探测所述一或多个乘客座椅的乘坐状态；
其中，所述乘坐者检测***包括控制单元和操作性地连接着所述控制单元的一或多个用于乘客座椅的振动传感器，所述一或多个用于乘客座椅的振动传感器中的每个被安置在所述一或多个乘客座椅中的相应的一个中；并且
其中，所述乘坐者检测***包括至少一个用于驾驶员座椅的振动传感器，其安置在所述驾驶员座椅中，并且操作性地连接着所述控制单元，用以向所述控制单元提供基准信号。
2.如权利要求1所述的机动车辆，其中，所述振动传感器中的每个充分敏感而能够在所述乘坐者坐在相应的座椅上时检测乘坐者的心率和/或呼吸频率，并且，所述基准信号在所述驾驶员座椅被驾驶员占据时包含心率和/或呼吸频率信号成分，所述基准信号还包括杂波信号成分。
3.如权利要求1所述的机动车辆，其中，位于所述车辆座椅中的所述振动传感器包括聚合物铁电驻极体或基于聚合物的机电膜。
4.如权利要求2所述的机动车辆，其中，位于所述车辆座椅中的所述振动传感器包括聚合物铁电驻极体或基于聚合物的机电膜。
5.如权利要求1至4中任一项所述的机动车辆，其中，所述乘坐者检测***包括连接着所述控制单元的一或多个电容式传感器，所述一或多个电容式传感器中的每个被安置在所述一或多个乘客座椅中的相应的一个中。
6.如权利要求1至4中任一项所述的机动车辆，其中，所述乘坐者检测***包括连接着所述控制单元的一或多个压力传感器，所述一或多个压力传感器中的每个被安置在所述一或多个乘客座椅中的相应的一个中。
7.如权利要求6所述的机动车辆，其中，在每个乘客座椅中，相应的压力传感器和相应的振动传感器形成结构性实体。
8.如权利要求1至4中任一项所述的机动车辆，其中，所述振动传感器安置在车辆座椅的座部中。
9.如权利要求1至4中任一项所述的机动车辆，其中，所述乘坐者检测***操作性地连接着安全***或构成安全***的一部分，该安全***被构造和布置成适于在所述机动车辆停用时监视车辆室内。
10.如权利要求1至4中任一项所述的机动车辆，其中，所述一或多个乘客座椅配备有可自动展开和收回的头枕，所述控制单元基于所述一或多个乘客座椅的乘坐状态控制所述头枕的收回和展开。
11.如权利要求1所述的机动车辆，其中，所述振动传感器中的每个被构造成适于在所述乘坐者坐在相应的座椅上时检测乘坐者的心率和/或呼吸频率，并且，所述基准信号在所述驾驶员座椅被驾驶员占据时包含心率和/或呼吸频率信号成分，所述基准信号还包括杂波信号成分。
12.如权利要求11所述的机动车辆，其中，位于所述车辆座椅中的所述振动传感器包括聚合物铁电驻极体或基于聚合物的机电膜。
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