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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterscheidung
zwischen rückwärts angeordneten
Kindersitzen und erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug, gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche
1 und 15.
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Moderne
Airbag-Auslöseeinrichtungen
sehen vor, eine Auslösung
des Airbags bei einem Unfall davon abhängig zu machen, ob ein mit
einem Airbag ausgestatteter Sitz belegt oder frei ist, beziehungsweise
welche Art der Belegung vorliegt, beispielsweise ob mit einer Person
oder mit einem Gegenstand.
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Bisher
in Kraftfahrzeuge installierte Airbag-Auslöseeinrichtungen
sehen hierzu Gewichtssensoren für
die Fahrzeugsitze oder in den Sitzflächen der Fahrzeugsitze angeordnete
Sensormatten vor. Ab einer bestimmten Gewichtskraft oder einer bestimmten
Größe der Fläche, auf
die Druck ausgeübt
wird, erfolgt bei einem Unfall eine Auslösung des Airbags. Gewichtssensoren
weisen den Nachteil auf, dass sie nur in der Lage sind zu bestimmen,
mit welcher Kraft ein Objekt oder eine Person auf die Sitzfläche drückt. Diese
Kraft ist beispielsweise abhängig von
der Gurtkraft des Sicherheitsgurts. Darüber hinaus sind Gewichtssensoren
nicht in der Lage zwischen Personen und Gegenständen zu unterscheiden. Die
aus flächig
angeordneten, druckempfindlichen Sensoren bestehenden Sensormatten
leiten aus der Größe und Form
der Fläche,
auf welche Druck auf die Sitzfläche
ausgeübt
wird, ab, ob auf der Sitzfläche
ein Erwachsener sitzt. Eine Unterscheidung zwischen Gegenständen und
Personen ist dabei nur eingeschränkt
möglich.
Darüber
hinaus sind auch noch kapazitive Sensoren bekannt, die anhand der
durch einen Insassen oder einen Gegenstand verursachten Änderung
der Permeabilität
in der Lage sind, Insassen und Gegenstände zu erfassen. Auch hierbei
ist eine Unterscheidung zwischen Personen und Gegenstände nur
eingeschränkt
möglich.
Die bekannten Lösungen
sind außerdem
sehr aufwendig in ihrer Herstellung und Integration in Kraftfahrzeuge. Ein
weiterer Nachteil der bekannten Gewichtssensoren und Sensormatten
ist, dass sie plattformabhängig
für jedes
Fahrzeugmodell bzw. für
jeden Fahrzeugsitz gesondert angefertigt beziehungsweise kalibriert
werden müssen.
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Moderne
intelligente Airbagsysteme, so genannte Smart-Airbags, sind darüber hinaus in der Lage, die
Position eines Insassen oder Gegenstandes beispielsweise im Hinblick
darauf zu erfassen, ob sich der Insasse nach vorn beugt, oder eine
zurückgelehnte
Haltung einnimmt, um den Airbag situationsgerecht an das Unfallgeschehen
angepasst zu entfalten.
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Sowohl
aufgrund des kurzen Abstandes zwischen dem Airbag und rückwärts angeordneten,
so genannten Reboard-Kindersitzen, in denen Kleinkinder mit Blickrichtung
nach hinten, entgegen der Fahrtrichtung auf dem Beifahrersitz untergebracht werden,
als auch aufgrund der sehr kurzen zur Verfügung stehenden Reaktionszeiten
sind jedoch selbst Smart Airbags nicht in der Lage, Reboard-Kindersitze
zu erkennen und ihre Auslöseschwelle
bzw. ihr Auslöseverhalten
an Reboard-Kindersitze anzupassen. Dies kann im Falle eines Unfalls
bei einem in einem solchen Kindersitz untergebrachten Kind schwere
oder sogar tödliche
Verletzungen zur Folge haben.
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Aus
EP 0 669 227 B2 ist
eine Vorrichtung zur Erkennung der Sitzbelegung in Kraftfahrzeugen
bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Anzahl von auf einen Sitz
gerichteten Laserlichtquellen, die mehrere einzelne Leuchtflecken
ausbilden, um die Kontur des Sitzes in Form von Leuchtflecken zu
erfassen. Die Vorrichtung umfasst außerdem ein Sensorfeld, das
in einer definierten Entfernung vom Sitz angeordnet ist und auf
dessen einzelnen Empfangsflächen
die einzelnen Leuchtflächen über die
Fläche
des Sitzes abgebildet werden. Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus
eine Auswerteeinheit, die anhand der geometrischen Zuordnung der
auf der Fläche
des Sitzes abgebil deten einzelnen Leuchtflecken zu den beleuchteten
Empfangsflächen
des Sensorfeldes die Kontur des Sitzes ermittelt, wobei die Belegung
des Sitzes mit einer Person, mit einem Gegenstand oder ein nicht
belegter Sitz unterscheidbar ist. Durch Vergleich mit vorgegebenen
Konturen ist die Auswerteeinheit darüber hinaus in der Lage, Kindersitze
zu erkennen. Zwischen Personen und Gegenständen wird durch die Infrarotstrahlung
der Person unterschieden. Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs
kann dadurch nicht zwischen Personen und Gegenständen unterschieden werden.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist deren aufgrund
der Vielzahl von Laserlichtquellen und der Voreingabe von zu erkennenden
Konturen hoher Herstellungsaufwand, sowie deren Unzuverlässigkeit
in Bezug auf die Erkennung von Kindersitzen und in Bezug auf die
Unterscheidung zwischen Personen und Gegenständen.
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Aus
EP 1 031 477 B1 ist
bekannt, die Position einer Person oder eines Gegenstands im Innenraum
eines Kraftfahrzeugs durch einen oder mehrere parallel zur Querachse
des Kraftfahrzeugs verlaufende Strahlenvorhänge berührungslos zu erfassen. Die Position
einer Person oder eines Gegenstands wird dabei mit Hilfe der Methoden
der Laufzeitmessung oder der Triangulation ermittelt. Eine Unterscheidung zwischen
einer Person und einem Gegenstand, insbesondere einem Reboard-Kindersitz ist dabei
nicht vorgesehen.
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Aus
DE 199 08 214 B4 ist
ebenso bekannt, die Position einer Person oder eines Gegenstands
im Innenraum eines Kraftfahrzeugs durch einen oder mehrere parallel
zur Querachse des Kraftfahrzeugs verlaufende Strahlenvorhänge berührungslos
mit Hilfe der Methoden der Laufzeitmessung oder der Triangulation
zu erfassen. Eine hierfür
vorgesehene Vorrichtung verfügt
darüber
hinaus über
Mittel, Verunreinigungen einer Schutzabdeckung vor Strahlenquelle und
reflektierte Strahlung empfangenden Sensor zu erkennen, um die Zuverlässigkeit
einer solchen Vorrichtung zu verbessern. Eine Unterscheidung zwischen
einer Person und einem Gegenstand, insbesondere einem Reboard-Kindersitz
ist dabei nicht vorgesehen.
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Aus
DE 199 08 167 A1 ist
bekannt, Einrichtungen zur Erfassung der Position einer Person oder eines
Gegenstands im Innenraum eines Kraftfahrzeugs oder Teile einer solchen
Einrichtung auch für andere
Funktionen, insbesondere für
Komfortfunktionen in einem Kraftfahrzeug zu verwenden.
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Aus
DE 199 08 166 A1 ist
ebenfalls bekannt, die Position einer Person oder eines Gegenstands
im Innenraum eines Kraftfahrzeugs berührungslos durch mehrere, parallel
zur Querachse des Kraftfahrzeugs verlaufende Strahlenvorhänge zu erfassen. Auch
hier ist keine Unterscheidung zwischen einer Person und einem Gegenstand,
insbesondere einem Reboard-Kindersitz vorgesehen.
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Durch
die
EP 1 114 756 A2 ist
eine Vorrichtung zur Unterscheidung von Insassen in einem Kraftfahrzeug
bekannt. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle, welche
mindestens einen fächerförmigen Lichtstrahl
mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel
quer zur Längsachse
des Kraftfahrzeugs aussendet, wodurch mindestens ein sich parallel
zur Längsachse
erstreckender Lichtfächer
aufgespannt wird, der einen vorgegebenen Bereich vor der Lichtquelle
beleuchtet. Darüber
hinaus umfasst die Vorrichtung einen Empfänger, der ein aus mehreren
Sensoren bestehendes Sensorfeld umfasst, von denen jeder einen eigenen,
begrenzten Winkelbereich (
10) innerhalb des Öffnungswinkels
des von dem Lichtstrahl beleuchteten Bereichs erfasst, und bei einem
innerhalb eines vorgebbaren Abstandsbereichs und innerhalb des von
ihm beobachteten Winkelbereichs liegenden Reflexionspunkt eines
Objekts ein dem Abstand des Reflexionspunktes zuordenbares Ausgangssignal
erzeugt. Außerdem
weist die Vorrichtung eine mit dem Empfänger verbundene Auswerteeinheit
auf, welche aus den Ausgangssignalen der einzelnen Sensoren des
Sensorfeldes ein Abstandsprofil erstellt.
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Durch
die
DE 198 52 653
A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Belegung eines
Fahrzeugsitzes bekannt, wobei eine stereo skopische Bildaufnahmeeinrichtung
mit mindestens einem optischen Sensor die Szene des Fahrzeugsitzes
in einer Blickrichtung von Vorn auf den Fahrzeugsitz aufnimmt und daraus
eine in mehrere Zonen aufgeteilte Tiefenkarte ableitet, die für jede Zone
einen Abstand gegenüber einem
Referenzpunkt angibt. Um auch bei einer hohen Helligkeitsdynamik
die Szene des Fahrzeugsitzes mit hoher Auflösung aufnehmen zu können und gleichzeitig
für die
Szenenausleuchtung eine nur wenig aufwändige Lichtquelle zu benötigen, weist
der mindestens eine optische Sensor, aus dem die stereoskopische
Bildaufnahmeeinrichtung besteht, eine den Zusammenhang zwischen
der einfallenden Lichtstärke
und seinem elektrischen Ausgangssignal beschreibende, nicht lineare
Wandlerkennlinie auf, deren Kennliniensteilheit mit zunehmender
Lichtstärke
abnimmt.
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Durch
die
DE 44 00 664 A1 ist
eine Vorrichtung zum Erfassen der Belegung eines Fahrzeugsitzes
bekannt, bei der eine Anzahl von Lichtemittern über eine Optik auf den Sitz
und die dort entstehenden Leuchtflecke über eine weitere Optik auf
ein Photodetektorarray abgebildet werden. Durch eine Auswertung
der Position dieser Leuchtflecke auf dem Photodiodenarray mit einem
Mikroprozessor wird die Kontur erfasst und damit die Art der Belegung
ermittelt. Über
passive IR-Detektoren
zur Erfassung der Temperaturdifferenz kann diese Information gestützt werden.
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Durch
die
DE 197 57 595
A1 ist bekannt, zur gleichzeitigen Erzeugung eines Grauwert-
bzw. Intensitätsbildes
und eines dreidimensionalen Abstandsbildes von räumlichen Objekten eine Kurzzeitbelichtung,
beispielsweise durch LED-Dioden des Objektes durchzuführen. Als
Bildsensor wird ein Sensor mit hoher Lichtempfindlichkeit eingesetzt,
der pixelauflösend
und wahlfrei auslesbar ist, sowie eine für jedes Pixel einstellbare
Integrationszeit aufweist. Als Ergebnis lassen sich dreidimensionale
Abstandsbilder mit hoher Zuverlässigkeit
aufnehmen.
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Durch
die
DE 199 45 645
A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Belegung eines
Fahrzeugsitzes bekannt, umfassend zumindest zwei Bildaufnahmeabschnitte,
die mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind,
einen Messabschnitt zum Messen eines Abstandes zu einem Objekt auf der
Basis zumindest zweier Bilder, die von den zumindest zwei Bildaufnahmeabschnitten
aufgenommen sind, einen Referenzdaten-Bereitstellungsabschnitt zum Bereitstellen
von Referenzdaten betreffend den Abstand von den Bildaufnahmeabschnitten zu
einem Sitz nach Maßgabe
der Position des Sitzes, sowie einen Erfassungsabschnitt zum Erfassen
der Belegung des Sitzes auf der Basis des durch den Messabschnitt
gemessenen Abstandes und der Referenzdaten.
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Da
auch die letztgenannten Vorrichtungen keine zuverlässige Unterscheidung
zwischen Reboard-Kindersitzen und Insassen eines Kraftfahrzeugs
erlauben, wird deshalb eine kostengünstige, plattformunabhängige automatische
Erkennungsvorrichtung für
Reboard-Kindersitze benötigt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen, welche eine zuverlässigere
Unterscheidung zwischen erwachsenen Insassen und rückwärts angeordneten
Kindersitzen in einem Kraftfahrzeug erlaubt und welche einfach und universell
in einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs integriert werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung und eine Verfahren zur Unterscheidung zwischen
rückwärts angeordneten
Kindersitzen und erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug nach den
Merkmalen der Ansprüche
1 und 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein
erster Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterscheidung
zwischen rückwärts angeordneten
Kindersitzen und Insassen in einem Kraftfahrzeug.
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Die
Vorrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle, welche mindestens
einen fächer-
oder kegelförmigen
Lichtstrahl mit einem vorgegebenen Öffnungs- beziehungsweise Raumwinkel über Sitzlehne
und Sitzfläche
mindestens eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs hinweg quer zur Längsachse
des Kraftfahrzeugs aussendet, wodurch aus Sicht der Lichtquelle
ein sich parallel zur Längsachse
des Kraftfahrzeugs erstreckender Lichtfächer bzw. ein Lichtkegel mit
einer beispielsweise diametralen Erstreckung parallel zur Längsachse
des Kraftfahrzeugs aufgespannt wird, der einen vorgegebenen Bereich
mit einer Erstreckung in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs
vor der Lichtquelle beleuchtet. Außerdem weist die Vorrichtung
einen Empfänger
auf, der ein aus mehreren Sensoren bestehendes Sensorfeld umfasst,
von denen jeder einen eigenen, begrenzten Winkelbereich innerhalb
des Öffnungs-
bzw. Raumwinkels des von dem Lichtstrahl beleuchteten Bereichs erfasst.
Jeder der Sensoren erzeugt bei einem innerhalb eines vorgebbaren
Abstandsbereichs und innerhalb des von ihm beobachteten Winkelbereichs
liegenden, das von der Lichtquelle ausgesendete Licht diffus zurückstreuenden
Reflexionspunkt eines Objekts ein dem Abstand des Reflexionspunktes äquivalentes
Ausgangssignal. Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus eine mit dem Empfänger verbundene
Auswerteeinheit, welche aus den Ausgangssignalen der einzelnen Sensoren
des Sensorfeldes ein Abstandsprofil erstellt, in welchem die in
den Lichtfächer
oder -kegel ragende Sitzlehne als fester Bezugspunkt und ein in
den Bereich des Lichtfächers
oder -kegels über
der Sitzfläche
reichender Insasse oder Gegenstand als reliefartige Erhebung auftreten
und anhand dem ein unbelegter Sitz, ein beispielsweise erwachsener
Insasse und ein rückwärts angeordneter
Kindersitz unterscheidbar ist. Die Vorrichtung sieht darüber hinaus vor,
dass der Lichtstrahl mit wechselnder Wellenlänge ausgesendet wird.
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Es
sind, wie eingangs zum Stand der Technik ausgeführt wurde, Lasertriangulationssensoren
bekannt, welche eine Laserlichtquelle und einen als Fotodiode mit
streifenförmig
gezogener beleuchtungsempfindlicher Fläche ausgebildeten Empfänger um fassen.
Mit ihnen lässt
sich der Abstand zu einer von der Laserlichtquelle beleuchteten
Stelle auf der Oberfläche
eines Objekts wie etwa eines Gegenstandes oder einer Person messen.
Die Stelle wird als Reflexionspunkt bezeichnet. Die Lage eines Auftreffpunkts
des am Reflexionspunkt reflektierten und diffus zurück gestreuten
Laserlichts entlang der streifenförmig gezogenen beleuchtungsempfindlichen Fläche verändert sich
dabei in Abhängigkeit
vom Abstand des Reflexionspunkts zum Lasertriangulationssensor.
Je nach Lage des Auftreffpunkts verändert sich das Verhältnis zwischen
bestimmten Strömen
im Lasertriangulationssensor. Das Verhältnis dieser elektrischen Ströme ergibt
ein analoges Ausgangssignal welches somit ein Maß für den Abstand des Reflexionspunkts
vom Lasertriangulationssensor ist. Der Empfänger des oben beschriebenen
Lasertriangulationssensors ist als PSD-Sensor, abgeleitet von Photo-Sensitive
Device oder Position Sensing Detector, bekannt. Der Vorteil dieses
Empfängertyps
ist eine einfach zu realisierende Messelektronik und seine hohe
Abtastrate von bis zu 10 MHz. Ein alternativer Empfänger mit ähnlichem
Funktionsprinzip stellt ein CCD-Sensor, abgeleitet von Charge Coupled
Device, dar.
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Erfindungsgemäß wird nunmehr
eine Lichtquelle verwendet, welche einen fächer- oder kegelförmigen Laserstrahl
mit einem vorgegebenen Öffnungs-
bzw. Raumwinkel aussendet. Die Lichtquelle kann eine kostengünstige LED,
aber auch ein Laser sein. Hierdurch wird ein durch den Öffnungswinkel bzw.
den Raumwinkel vorgegebener Bereich vor der Lichtquelle beleuchtet.
Zusätzlich
wird ein Empfänger
verwendet, der ein aus mehreren Sensoren bestehendes Sensorfeld
umfasst, von denen jeder einzelne einen Abstand zu einem innerhalb
eines vorgegebenen Abstandsbereichs und innerhalb des von dem fächer- oder kegelförmigen Lichtstrahls
beleuchteten Bereichs liegenden Reflexionspunkt auf einem Objekt
zu bestimmen in der Lage ist. Jeder Sensor beobachtet dabei einen
eigenen Winkelbereich innerhalb des Öffnungs- bzw. Raumwinkels des von
dem Lichtstrahl beleuchteten Bereichs. Jeder Sensor erzeugt bei
einem innerhalb des vorgegebenen Abstandsbereichs und in Richtung
des von ihm beobachteten Winkelbereichs liegenden Reflexionspunkt
ein dem Abstand des Reflexionspunktes analoges Ausgangssignal. Ein
innerhalb des von dem fächer-
oder kegelförmigen
Lichtstrahls beleuchteten Bereichs liegendes Objekt kann beispielsweise
ein Insasse und/oder ein Gegenstand, wie etwa eine Sitzlehne und/oder
ein Kindersitz, insbesondere ein rückwärts angeordneter Kindersitz
sein. Eine mit dem Empfänger
verbundene Auswerteeinheit erstellt aus den von den einzelnen Sensoren
des Sensorfeldes bestimmten Abständen
ein Abstandsprofil. Ein unbelegter Sitz, ein von einem, beispielsweise
erwachsenen, Insassen belegter Sitz und ein von einem rückwärts angeordneten
Kindersitz belegter Sitz erzeugen jeweils unterschiedliche Abstandsprofile. Hierdurch
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen
einem unbelegten Sitz, einem Insassen und einem rückwärts angeordneten
Kindersitz unterscheiden. Die einzelnen Sensoren des Sensorfeldes können beispielsweise
PSD-Sensoren oder CCD-Sensoren sein. Ebenso ist denkbar, einen CMOS-Sensor
zu verwenden. Solche Sensoren weisen einen wesentlich höheren Dynamikbereich
auf und weisen dadurch einem wesentlich höheren Helligkeitsbereich auf,
innerhalb dem sie eingesetzt werden können. So können CMOS-Sensoren beispielsweise
im Dunkeln wesentlich besser sehen, als andere Sensoren.
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Indem
der Lichtstrahl moduliert, also mit wechselnder Wellenlänge von
der Lichtquelle ausgesendet wird, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in
Verbindung mit einer geeigneten, entsprechenden Filterung des Lichts
unabhängig
von den vorherrschenden Temperatur- und Lichtverhältnissen
zuverlässig
betrieben werden.
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Wichtig
ist hervorzuheben, dass als Messprinzip, nach dem die Abstände zu den
Reflexionspunkten bestimmt werden, erfindungsgemäß sowohl das Triangulationsprinzip,
als auch das Prinzip der Laufzeitmessung geeignet ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist gegenüber
dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass sie mit überschaubaren, kostengünstigen,
sowie einfach in ein Kraftfahrzeug integrierbaren Mitteln in der Lage
ist, zwischen einem unbelegten Sitz, einem erwachsenen Insassen
und einem rückwärts angeordneten
Kindersitz zu unterscheiden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoren
des Sensorfeldes PSD-Sensoren und/oder CCD-Sensoren und/oder CMOS-Sensoren sind.
Solche Sensoren sind bekannt und auf dem Markt verfügbar und
erlauben dadurch eine kostengünstige
Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
der Lichtstrahl impulsartig von der Lichtquelle ausgesendet wird.
Hierdurch wird die Strahlenbelastung der Insassen gering gehalten, da
der Lichtstrahl nicht kontinuierlich, sondern zu diskreten Zeitpunkten
ausgesendet wird. Ein weiterer Vorteil ist eine geringere Umgebungslichtabhängigkeit,
da kurzfristig abgegebene Impulse heller als das Umgebungslicht
ausgesendet werden können.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die Lichtquelle einen Infrarotlichtstrahl aussendet. Infrarotlicht
liegt außerhalb
des vom menschlichen Auge erfassbaren Wellenlängenbereichs und lenkt dadurch
den Fahrer des Kraftfahrzeugs nicht vom Verkehrsgeschehen ab.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Lichtquelle
ein Lambert-Strahler. Dadurch wird sichergestellt, dass der durch
den Öffnungs-
bzw. Raumwinkel begrenzte, von dem Lichtstrahl beleuchtete Bereich
gleichmäßig ausgeleuchtet
wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass den Sensoren in allen
Winkelbereichen eine zur Erfassung ausreichende diffuse Rückstreuung
zur Verfügung
steht.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Lichtquelle ein Line-Laser.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die Vorrichtung seitlich eines Sitzes im Innenraum eines Kraftfahrzeugs
angeordnet ist. Eine Anordnung seitlich eines Sitzes erlaubt eine
besonders zuverlässige
Unterscheidung zwischen einem, beispielsweise erwachsenen, Insassen,
einem rückwärts angeordneten
Kindersitz und freien Sitz, da sich aus dieser Beobachtungsrichtung
ein besonders einfach interpretierbares Abstandsprofil ergibt. Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
dabei in der B-Säule
angeordnet. Eine Anordnung in der A- oder B-Säule erlaubt eine weitgehend
plattformunabhängige
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Eine
andere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass die Vorrichtung oberhalb eines Sitzes im Innenraum eines
Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Eine Anordnung oberhalb eines Sitzes
erlaubt zum einen eine einfache Integration in ein Kraftfahrzeug
und zum anderen eine zuverlässige
Unterscheidung zwischen erwachsenem Insassen, rückwärts angeordnetem Kindersitz
und freiem Sitz, da sich aus dieser Beobachtungsrichtung ein ebenfalls
besonders einfach interpretierbares Abstandsprofil ergibt. Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
dabei im Dachhimmel angeordnet, beispielsweise im Bereich des Rückspiegels oder
im Bereich der Innenraumbeleuchtung oder im Bereich der Dachkonsole
mit den Betätigungsvorrichtungen
beispielsweise für
Schiebedach, Innenraumbeleuchtung, Bordcomputer und dergleichen. Eine
Anordnung im Dachhimmel erlaubt eine plattformunabhängige Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Sowohl
ein Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
seitlich eines Sitzes, als auch oberhalb eines Sitzes erlaubt eine
zuverlässige
Unterscheidung zwischen erwachsenem Insassen, rückwärts angeordnetem Kindersitz
und freiem Sitz bei allen Sitz- und Rückenlehneneinstellungen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der vorgebbare
Abstandsbereich 0 bis 60 cm umfasst. Dieser Abstandsbereich ist insbesondere
bei einer seitlichen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft,
da die Mitte der Sitzfläche,
auf der ein dort befindliches Objekt, insbesondere eine Person oder
ein Kindersitz seine größten Abmessungen
aufweist, nicht weiter beispielsweise von der B-Säule
entfernt ist. Darüber
hinaus deckt der Abstandsbereich auch den Fall ab, dass ein Erwachsener
oder ein Gegenstand die erfindungsgemäße Vorrichtung abdeckt.
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Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
der vorgebbare Abstandsbereich 10 bis 120 cm umfasst. Dieser Abstandsbereich
ist insbesondere bei einer Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
oberhalb eines Sitzes, insbesondere im Dachhimmel vorteilhaft, da
der Abstand eines Objekts, insbesondere einer Person oder eines
Kindersitzes vom Dachhimmel innerhalb dieser Größenordnung liegt.
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Eine
zusätzliche
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungs-
beziehungsweise Raumwinkel des fächer-
oder kegelförmigen
Lichtstrahls 90° beträgt. Hierdurch
kann ein besonders weiter Verstellbereich eines Sitzes von nur einer
Stelle aus ausreichend genau beobachtet werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestimmt der Empfänger den
Abstand zu einem Reflexionspunkt durch Laufzeitmessung oder durch
Triangulation.
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Ein
zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung
zwischen rückwärts angeordneten
Kindersitzen und erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug. Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst die Verfahrensschritte:
- – Beleuchten
eines vorgegebenen Bereichs in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs
mittels eines über
Sitzlehne und Sitzfläche
mindestens eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs hinweg quer zur Längsachse
des Kraftfahrzeugs verlaufenden fächer- oder kegelförmigen Lichtstrahls,
der einen sich parallel zur Längsachse
des Kraftfahrzeugs erstreckenden Lichtfächer bzw. einen Lichtkegel mit
ei ner Erstreckung parallel zur Längsachse
des Kraftfahrzeugs aufspannt, wobei der Lichtstrahl mit wechselnder
Wellenlänge
ausgesendet wird,
- – Erfassen
der Winkelbereiche und der Abstände von
auf der Oberfläche
eines innerhalb des beleuchteten Bereichs befindlichen Objekts liegenden,
den Lichtstrahl diffus rückstreuenden
Reflexionspunkten,
- – Erstellen
eines Abstandsprofils anhand der erfassten Winkelbereiche und Abstände, in
welchem die in den Lichtfächer
oder -kegel ragende Sitzlehne als fester Bezugspunkt und ein in
den Bereich des Lichtfächers
oder -kegels über
der Sitzfläche
reichender Insasse oder Gegenstand als reliefartige Erhebung auftreten,
- – Unterscheiden
zwischen einem unbelegten Sitz, einem Insassen und einem rückwärts angeordneten
Kindersitz anhand des erstellten Abstandsprofils, sowie
- – Verwendung
der durch die Unterscheidung gewonnenen Information über die
Art der Belegung eines Sitzes zur Entscheidung über eine Airbag-Auslösung.
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Das
Unterscheiden erfolgt anhand eines geeigneten Algorithmus. Der Algorithmus
kann beispielsweise eine Integration der Fläche unter einer von den einzelnen
Abstandswerten gebildeten Kurve, oder einen Vergleich mit Referenzprofilen
oder dergleichen umfassen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
der vorgegebene Bereich von einer an einem einzigen Punkt angeordneten
Lichtquelle aus beleuchtet wird. Hierdurch wird ein besonders geringer
Herstellungsaufwand erreicht, da nur eine einzige Lichtquelle, die
einen vorgebbaren Öffnungs-
bzw. Raumwinkelbereich beleuchtet, benötigt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine
Detailansicht des Empfängers und
der Auswerteeinheit aus 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 eine
schematische Darstellung einer Integration einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in die B-Säule
eines Kraftfahrzeugs.
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Eine
in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Unterscheidung zwischen rückwärts angeordneten
Kindersitzen und erwachsenen Insassen in einem Kraftfahrzeug umfasst
im Wesentlichen eine Infrarotlichtquelle 2, einen Empfänger 3 und
eine mit dem Empfänger 3 verbundene
Auswerteeinheit 4. Die Infrarotlichtquelle 2 sendet
einen fächer-
oder kegelförmigen
Infrarotlichtstrahl 5 mit einem vorgegebenen Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 aus.
Hierdurch wird ein durch den Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 vorgegebener
Bereich 7 vor der Infrarotlichtquelle 2 mit Infrarotlicht
beleuchtet. Der Empfänger 3 umfasst
ein aus mehreren Sensoren 8 bestehendes Sensorfeld 9.
Jeder Sensor 8 beobachtet einen eigenen, begrenzten Winkelbereich 10 innerhalb
des Öffnungs-
bzw. Raumwinkels 6 des von dem Infrarotlichtstrahl 5 beleuchteten
Bereichs 7 (2). Die Sensoren 8 sind
in der Lage, innerhalb des jeweils von ihnen beobachteten Winkelbereichs 10 Abstände innerhalb
eines vorgebbaren Abstandsbereichs 11 zu erfassen.
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Jeder
der Sensoren 8 erzeugt bei einem innerhalb des vorgebbaren
Abstandsbereichs 11 und innerhalb des von ihm beobachteten
Winkelbereichs 10 liegenden, das Infrarotlicht diffus zurückstreuenden
Reflexionspunkt 12 eines Objekts 13, das sowohl eine
Person oder ein Gegenstand sein kann, ein dem Abstand des Reflexionspunktes 12 analoges
Ausgangssignal. Die mit dem Empfänger 3 verbundene Auswerteeinheit 4 erstellt
aus den Ausgangssignalen der einzelnen Sensoren 8 des Sensorfeldes 9 und unter
Kenntnis der von den jeweiligen Sensoren 8 erfassten Winkelbereiche 10 ein
Abstandsprofil, anhand dem ein unbelegter Sitz, ein erwachsener
Insasse und ein rückwärts angeordneter
Kindersitz unterscheidbar ist.
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Wichtig
ist hervorzuheben, dass die Darstellung in 1 eine stark
vereinfachte, schematische Darstellung des Messprinzips mit stark
verzerrten Größenverhältnissen
zeigt. So können
bei einer technischen Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beispielsweise der Empfänger 3 und
die Laserlichtquelle 2 in unmittelbare Nähe, beispielsweise
unmittelbar übereinander,
wie in 3 dargestellt in einem einzigen Gehäuse angeordnet
werden, so dass sich der beleuchtete Bereich 7 und der
sich aus den einzelnen Winkelbereichen 10 zusammensetzende, von
den Sensoren 8 des Sensorfeldes 9 des Empfängers 3 beobachtete
Bereich decken. Ebenso kann eine Optik vorgesehen sein, die den
Strahlengang von an unterschiedlichen Reflexionspunkten 12 am Objekt 13 reflektiertem
Laserlicht in Abhängigkeit
davon, in welchem von einem der Sensoren 8 beobachteten
Winkelbereich 10 der jeweilige Reflexionspunkt 12 liegt,
auf den jeweiligen Sensor lenkt.
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Eine
Integration der Vorrichtung 1 in die B-Säule 14 eines
Kraftfahrzeugs ist in 3 dargestellt. Lichtquelle 2 und
Empfänger 3 sind
dabei in einem gemeinsamen Gehäuse
in unmittelbarer Nähe zueinander
untergebracht. Die Auswerteeinheit 4 kann an einer beliebigen
Stelle im Kraftfahrzeug angeordnet sein, beispielsweise auch im
selben Gehäuse,
wie die Lichtquelle 2 und der Empfänger 3. Die Vorrichtung 1 sendet
einen fächer-
oder kegelförmigen
Lichtstrahl 5 mit einem Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 von 90° über Sitzlehne 15 und
Sitzfläche 17 eines
Sitzes 18 hinweg quer zur Längsachse 19 des Kraftfahrzeugs
aus. Hierdurch wird ein durch den Öffnungs- bzw. Raumwinkel 6 vorgegebener
Bereich 7 mit einer Erstreckung parallel zur Längsachse 19 des Kraftfahrzeugs
beleuchtet. Von einem Objekt innerhalb eines entsprechend der Einbausituation
geeignet gewählten
Abstandsbereichs 11, der hier vorzugsweise 0 bis 60 cm
beträgt,
reflektiertes Licht wird diffus zur Vorrichtung 1 zurückgestreut.
Die in 2 dargestellten Sensoren 8 des Sensorfeldes 9 des Empfängers 3 beobachten
jeweils unterschiedliche Winkelbereiche 10 des Öffnungs-
bzw. Raumwinkels 6 des Lichtstrahls 5. Befindet
sich ein Objekt 13, wie etwa eine Sitzlehne 15 und/oder
ein erwachsener Insasse 16 des Kraftfahrzeugs innerhalb
des von dem Lichtstrahl 5 beleuchteten Bereichs 7 und
innerhalb des Abstandsbereichs 10, so beobachten die einzelnen
Sensoren 8 nicht den gesamten beleuchteten Teil des Objekts 13,
sondern nur innerhalb der jeweiligen Winkelbereiche 10 liegende
Ausschnitte, die so genannten Reflexionspunkte 12. Jeder
dieser Reflexionspunkte 12 strahlt einen Teil des von der
Vorrichtung 1 ausgesendete Lichtstrahls 5 diffus
zurück,
wodurch mittels der die entsprechenden Winkelbereiche 11 beobachtenden
Sensoren 8 des Sensorfeldes 9 des Empfängers 3 die
Abstände
zu den jeweiligen Reflexionspunkten 12 bestimmt werden
können.
Die Auswerteeinheit 4 der Vorrichtung 1 erstellt
aus den gemessenen Abständen
ein Abstandsprofil, in welchem die Sitzlehne 15 als fester
Bezugspunkt und ein Objekt 13, wie etwa ein Insasse oder
ein Gegenstand, als reliefartige Erhebung auftreten, und anhand
dem zwischen einem unbelegten Sitz 18, einem erwachsenen
Insassen und einem rückwärts angeordneten
Kindersitz unterschieden werden kann. Das Unterscheiden erfolgt
anhand eines geeigneten Algorithmus, beispielsweise durch eine Integration
der Fläche
unter einer von den einzelnen Abstandswerten gebildeten Kurve, oder
durch einen Vergleich mit Referenzprofilen oder dergleichen. Die
Information über
die Art der Belegung eines Sitzes kann nun zur Entscheidung über eine
Airbag-Auslösung
herangezogen bzw. zur Verfügung
gestellt werden.
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Wichtig
ist hervorzuheben, dass die Erfindung vorsieht, zwischen einem Reboard-Kindersitz und
einem erwachsenen Insassen eines Kraftfahrzeugs durch Infrarotlasertriangulation
zu unterscheiden. Hierzu wird vorzugsweise ein so genannter Line-Laser mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel, sowie
ein geeigneter Empfänger
verwendet, der ein aus mehreren Sensoren bestehendes Sensorfeld umfasst.
Als Sensoren sind PSD-Sensoren oder CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren
vorgesehen. Ein Line-Laser
emittiert Licht in einem eng begrenzten Wellenlängenbe reich, vorzugsweise monochromatisches
Licht. Ein PSD-Sensor, abgeleitet von Photo-Sensitive Device oder
Position Sensing Detector, stellt prinzipiell eine Fotodiode mit
streifenförmig gezogener
beleuchtungsempfindlicher Fläche
dar. Je nach Lage eines von einem Gegenstand oder einer Person auf
die beleuchtungsempfindliche Fläche
reflektierten Lichtpunkts wird ein analoges Signal ausgegeben. Der
Vorteil dieses Empfängertyps
ist eine einfach zu realisierende Messelektronik und seine hohe
Abtastrate von bis zu 10 MHz.
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Die
Abstandsmessung erfolgt durch Triangulation. Bei einem freien, nicht
besetzten Sitz oder einem nicht benutzten Reboard-Kindersitz befindet sich
nur die Rückenlehne
des Sitzes innerhalb des Erfassungsbereichs. Hieraus ergibt sich
ein eingeschränkter
Bereich, innerhalb dem nur geringe Abstände gemessen werden. Wenn der
Sitz von einem erwachsenen Insassen belegt ist, ist der Bereich,
innerhalb dem geringe Abstände
gemessen werden, wesentlich größer. Dieser
größere Bereich
ergibt sich aus der Rückenlehne
und der Breite des Oberkörpers des
Insassen.
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Bevorzugte
Anordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Innenraum eines Kraftfahrzeugs sind zum einen seitlich eines
Sitzes und zum anderen oberhalb eines Sitzes.
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Bei
einer Anordnung seitlich eines Sitzes erfolgt die Abstandsmessung
von der Seite. Hierbei sind der Infrarotlicht aussendende Line-Laser
und das zugehörige
Sensorfeld des Empfängers
seitlich des Sitzes angeordnet, beispielsweise in der B-Säule des
Kraftfahrzeugs. Der vorgegebene Abstandsbereich deckt dabei vorzugsweise
0 bis 60 cm ab.
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Bei
einer Anordnung oberhalb eines Sitzes erfolgt die Abstandsmessung
von oben. Hierbei sind der Infrarotlicht aussendende Line-Laser
und das zugehörige
Sensorfeld des Empfängers
oberhalb des Sitzes angeordnet, beispielsweise im Dachhimmel. Der
vorgegebene Abstandsbereich deckt dabei vorzugsweise 10 bis 60 cm
ab.
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In
beiden Fällen
weist der Line-Laser einen Öffnungs-
oder Raumwinkel von vorzugsweise 90° auf, bzw. erzeugt einen Fächer oder
einen Kegel mit einem Öffnungs-
bzw. Raumwinkel von vorzugsweise 90°.
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Der
Verfahrensablauf zur erfindungsgemäßen Unterscheidung zwischen
erwachsenen Insassen und rückwärts angeordneten
Kindersitzen ist unkompliziert und bedient sich in seiner Umsetzung
bestehender Sensor-Technologien. Das Integrationskonzept im Dachhimmel
erlaubt einen allgemeinen Aufbau, der in unterschiedlichen Fahrzeugplattformen
zum Einsatz kommen kann. Die plattformunabhängige Bauart der erfindungsgemäßen Vorrichtung verringert
Entwicklungs- und Herstellungskosten sowohl für die Bestandteile der Vorrichtung,
wie etwa Lichtquelle, Empfänger
und Auswerteeinheit, als auch für
die Integration der Vorrichtung in ein Kraftfahrzeug. Mit nur kleinen Änderungen
kann die oben beschriebene Vorrichtung auch für Fahrzeuginsassen auf dem
Fahrersitz und auf den Rücksitzen
angewandt werden. Sowohl die Ausführungsform mit Anordnung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
seitlich des Sitzes, als auch oberhalb des Sitzes arbeiten zuverlässig für alle Sitz-
und Rückenlehneneinstellungen.
Zusätzlich
ist auch denkbar, mit nur einer im Innenraum eines Kraftfahrzeugs
angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung
alle Sitzplätze
im Kraftfahrzeug im Hinblick auf Belegung und Art der Belegung zu überwachen.
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Durch
eine periodische Modulation des emittierten Infrarotlaserlichts
in Verbindung mit einer geeigneten, entsprechenden Filterung des
Infrarotlaserlichts kann die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig von
der Helligkeit der Umgebung von direkter Sonneneinstrahlung bis
hin zu völliger
Dunkelheit zur Abstandsmessung und damit zur Unterscheidung zwischen
Reboard-Kindersitzen und erwachsenen Fahrzeuginsassen verwendet
werden.
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Wichtig
ist hervorzuheben, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Unterscheidung zwischen
Reboard-Kindersitzen und erwachsenen Fahrzeuginsassen mittels Abstandsmessung
berührungslos
erfolgt, wodurch eine in ein Kraftfahrzeug integrierte erfindungsgemäße Vorrichtung
sowohl im Alltagsbetrieb, als auch im Falle von Unfällen, bei
denen keine Airbag-Auslösung erfolgt,
im Vergleich zu Gewichtssensoren oder Sensormatten nur in geringem
Maße mechanischen
Kräften
ausgesetzt ist. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich langlebiger,
ausfallsicherer und wartungsärmer
als die bekannten Gewichtssensoren oder Sensormatten.
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Darüber hinaus
ist der Herstellungsaufwand für
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Unterscheidung zwischen Reboard-Kindersitzen und erwachsenen Fahrzeuginsassen
aufgrund des einfachen Verfahrens der Abstandsmessung wesentlich geringer,
als für ähnliche,
mittels Gewichtssensoren oder Sensormatten arbeitende Vorrichtungen.