DE102008051020B3

DE102008051020B3 - Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz

Info

Publication number: DE102008051020B3
Application number: DE102008051020A
Authority: DE
Inventors: Hubert Löckert; Wenzel Taller; Stefan Graf; Maximilian Kotz; Manfred Schlierf
Original assignee: Grammer AG
Current assignee: Grammer AG
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-10-14

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist u.a. Kopfstütze (10) für einen Fahrzeugsitz, mit einer Detektionseinrichtung, mit der eine Position eines Kopfes (17) eines auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrgastes (14) relativ zu der Kopfstütze durch Anlegung einer Wechselspannung zwischen zwei Elektroden (25c, 25d) einer an der Kopfstütze angeordneten Elektrodenanordnung (21) detektierbar ist. Die Besonderheit besteht u.a. darin, dass der Detektionseinrichtung eine elektronische Schaltung (64) zugeordnet ist, die einen Referenzschwingkreis (50) und einen mit den Elektroden verbundenen Messschwingkreis (51) aufweist, wobei der Messschwingkreis infolge einer Präsenz des Kopfes gegenüber einem unbelasteten Zustand eine Schwingungsänderung erfährt, wobei die Schaltung die Schwingungsänderung oder eine aus der Schwingungsänderung abgeleitete Messgröße in Bezug zu dem Referenzschwingkreis setzt, und aus dem In-Bezug-Setzen eine Information über die Relativposition des Kopfes relativ zur Kopfstütze gewinnt.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Kopfstütze des Standes der Technik ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 023 102 A1 der Anmelderin bekannt.
Die bekannte Kopfstütze weist eine Detektionseinrichtung mit einer Elektrodenanordnung auf, die wenigstens drei Elektroden umfasst. Die Elektroden erstrecken sich jeweils über einen wesentlichen Teil der Breite der Kopfstütze und sind in Vertikalrichtung voneinander beabstandet.
Die Elektrodenanordnung dient der Durchführung einer kapazitiven Messung. Hierzu wird zwischen jeweils zwei Elektroden eine elektrische Wechselspannung einer vorgegebenen Frequenz und einer vorgegebenen Amplitude angelegt. Auf diese Weise wird ein elektrisches Wechselfeld erzeugt. Die Elektrodenanordnung ist mit einer Steuereinheit verbunden, die mit einer Messelektronik ausgestattet ist. Die Messelektronik nimmt eine Messung vor, in die eine Veränderung der elektrischen Wechselfelder einhergeht. Durch den Kopf des Fahrgastes wird das elektrische Wechselfeld beeinflusst. Dies liegt insbesondere an dem Umstand, dass für den Fall, dass sich der Kopf eines Fahrgastes in dem elektrischen Wechselfeld befindet, dieser physikalisch betrachtet ein Medium mit einer Dielektrizitätszahl ε_r darstellt, die sich von der Dielektrizitätszahl ε_r
Luft der Luft unterscheidet.
Bezüglich der möglichen Art der Ausgestaltung der Messschaltung wird beispielhaft auf die eingangs erwähnte vorveröffentlichte Patentanmeldung der Anmelderin verwiesen. Dort wird vorgeschlagen, den durch die Elektroden hindurch fließenden Wechselstrom zu messen, um auf diese Weise einen Hinweis auf die Präsenz oder die Position eines menschlichen Kopfes relativ zu der Kopfstütze, basierend auf einer Aussage über die gemessene Dielektrizität, zu erhalten.
Bei Durchführung solcher kapazitiver Messungen zur Feststellung der relativen Kopfposition des Fahrgastes bezogen auf die Kopfstütze – zum Zwecke der Erzielung einer optimalen Ausrichtung der Kopfstütze in vertikaler und/oder horizontaler Position – ist eine möglichst genaue Kapazitätsmessung erforderlich. Dabei ist einerseits eine möglichst große Reichweite der Messapparatur gewünscht, um beispielsweise auch ermitteln zu können, ob sich der Kopf des Fahrgastes zehn oder mehr Zentimeter von der Vorderseite der Kopfstütze entfernt befindet.
Zugleich sind allerdings auch die maßgeblichen Feldstärken des elektrischen Feldes möglichst niedrig zu halten, um die EMV-Grenzwerte einzuhalten, um gesundheitsschädliche Beeinträchtigungen zu verhindern, aber auch um Wechselwirkungen mit anderen elektronischen Baugruppen in dem Fahrzeug weitestmöglich auszuschließen.
Die Kopfstütze des Standes der Technik ermöglicht eine Bestimmung der relativen Position des Kopfes des Fahrgastes zur Kopfstütze in Vertikalrichtung. Wünschenswert ist auch eine Bestimmung der relativen Kopfposition bezogen auf die Kopfstütze in Fahrzeuglängsrichtung. Ein Nachfahren der Kopfstütze in Fahrzeuglängsrichtung ermöglicht eine Optimierung der relativen Kopfstützenposition und eine Reduzierung von Verletzungsrisiken im Falle eines Unfalls.
Besondere Probleme bereitet dabei die Ausgestaltung der Messschaltung, der Elektrodengeometrie und der Art der Messung. Typischerweise werden die Elektroden von einem Bezugsstoff oder von einer Lederschicht oder dergleichen und gegebenenfalls auch noch von einer Polsterschicht umhüllt. Dies erschwert die Bemessung der erforderlichen Feldstärken. Zudem ist die Möglichkeit, an einer Kopfstütze Elektroden anzuordnen, aufgrund der vorgegebenen Größe und Geometrie der Kopfstütze ohnehin sehr begrenzt.
Des Weiteren ist zu beachten, dass der Komfort, den eine Kopfstütze für einen Fahrgast bereitstellen soll, durch eine Elektrodenanordnung nicht vermindert werden darf. Mit anderen Worten wäre eine Verwendung von z. B. hart ausgebildeten Elektroden, die der Fahrgast bei Anlehnen seines Kopfes an die Vorderseite der Kopfstütze spüren würde, unakzeptabel.
Schließlich spielen bei der Messung der Kapazitäten bzw. bei der Berechnung der elektrischen Felder Streukapazitäten eine große Rolle. Neben der Grundproblematik, wonach das Kraftfahrzeug selbst nach Art eines Faraday'schen Käfig besondere elektromagnetische Rahmenbedingungen mit sich bringt, beeinflussen auch andere elektronische Baugruppen im Fahrzeug mit ihren elektromagnetischen Signalen die kapazitiven Raumverhältnisse und stellen ungewünschte Störquellen dar.
Um die gewünschten Positionsbestimmungen durchführen zu können, müssen bei einer Elektroden-Grundkapazität in der Größenordnung von 0,2 pF sehr kleine Kapazitätsänderungen in der Größenordnung von 0,02 pF noch zuverlässig und störunanfällig gemessen werden können, um brauchbare Steuersignale zu erhalten. Eine Messung solcher, nur sehr kleiner Kapazitätsänderungen stellt an die Elektronik- und Messschaltung hohe Anforderungen.
Die Messelektronik muss die bestehenden schwierigen Rahmenbedingungen in angemessener Weise berücksichtigen können. Es ist dabei auch gewünscht, dass das Schaltungskonzept keinen hohen, baulichen und konstruktiven Aufwand erfordert.
Weiter ist die Elektrodengeometrie und die Messelektronik derart zu bemessen, dass bei völlig unterschiedlichen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsverhältnissen sowie auch bei unterschiedlichen Beschaffenheiten des Kopf- bzw. Schulterbereiches der Person, z. B. auch für den Fall, dass der Fahrgast nasse Haare hat, keine Haare mehr hat oder eine Kopfbedeckung trägt, eine qualitativ hochwertige Aussage über die Relativposition des Kopfes bezogen auf die Position der Kopfstütze über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeuges geleistet werden kann.
Schließlich soll die Messung innerhalb einer möglichst kurz bemessenen Zeit durchgeführt werden, um den Komfort des Fahrgastes nicht zu beeinträchtigen. Des Weiteren soll die Messung eine hohe Störunanfälligkeit ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die in der eingangs beschriebenen Patentanmeldung der Anmelderin dargestellte Kopfstütze derartig weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Detektion der Kopfposition eines Fahrgastes relativ zu der Kopfstütze möglich wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe zunächst mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionseinrichtung eine elektronische Schaltung zugeordnet ist, die einen Referenzschwingkreis und einen mit den Elektroden verbundenen Messschwingkreis aufweist, wobei der Messschwingkreis infolge einer Präsenz des Kopfes gegenüber einem unbelasteten Zustand eine Schwingungsänderung erfährt, wobei die Schaltung die Schwingungsänderung oder eine aus der Schwingungsänderung abgeleitete Messgröße in Bezug zu dem Referenzschwingkreis setzt, und aus dem In-Bezug-Setzen eine Information über die Relativposition des Kopfes relativ zur Kopfstütze gewinnt.
Das Prinzip der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, eine Messanordnung vorzusehen, die zwei Schwingkreise aufweist. Ein erster Schwingkreis ist ein Referenzschwingkreis, der mit einer einstellbaren Frequenz konstant schwingt. Dem Referenzschwingkreis ist ein Messschwingkreis zugeordnet. Der Messschwingkreis ist mit den Elektroden der Elektrodenanordnung verbunden.
Im unbelasteten Zustand, also im Falle einer Nicht-Anwesenheit eines Fahrgastes auf dem Fahrzeugsitz und gleichermaßen im Falle einer Nicht-Anwesenheit eines menschlichen Kopfes in Fahrtrichtung vor der Kopfstütze, wird zunächst eine Kalibrierungsmessung durchgeführt. Dabei wird der Messschwingkreis mit dem Referenzschwingkreis abgeglichen. Alternativ kann in diesem Zustand auch eine Abgleichung des Referenzschwingkreises mit dem Messschwingkreis erfolgen.
Wird anschließend eine Messung bei auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrgast durchgeführt, wird aufgrund der Präsenz des Kopfes des Fahrgastes und aufgrund eines von dem Messschwingkreis initiierten elektrischen Wechselfeldes in dem Raum vor der Kopfstütze eine Änderung der kapazitiven Rahmenbedingungen hervorgerufen. Wenigstens zwei der Elektroden der Elektrodenanordnungen gehen in den Messschwingkreis als kapazitive Größe ein. Diese kapazitive Größe ändert sich, wenn ausgehend von einem unbelasteten Zustand der Kopf eines Fahrgastes in dieses Wechselfeld eintritt. Infolge der Kapazitätsänderung wird der Messschwingkreis verstimmt. Er erfährt in diesem Falle eine Schwingungsänderung, die beispielsweise mit einer Änderung der Frequenz, einer Änderung der Amplitude oder einer Änderung der Phase der Schwingung einhergehen kann.
Die infolge der Kapazitätsänderung in dem Schwingkreis hervorgerufene Schwingungsänderung wird durch die elektronische Schaltung zu dem Referenzschwingkreis in Bezug gesetzt. Dabei kann entweder die Schwingungsänderung selbst, oder eine aus dieser Schwingungsänderung des Messschwingkreises abgeleitete Größe, d. h. irgendein aus der Änderung hergeleitetes Signal, zu dem Referenzschwingkreis in Bezug gesetzt werden. Der Referenzschwingkreis erfährt keine Schwingungsänderung, wenn ein Fahrgast auf dem Fahrzeugsitz Platz nimmt. Der Referenzschwingkreis kann insoweit als unveränderliche Bezugsgröße zu der Schwingungsänderung des Messschwingkreises dienen.
Ein In-Bezug-setzen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Ausgangssignal des Referenzschwingkreises und ein Ausgangssignal des Messschwingkreises zusammengeführt werden. Dabei kann vorteilhafter Weise infolge der Zusammenführung eine Schwebung mit einer bestimmten Schwebungsfrequenz hervorgerufen werden. Als Schwebung wird im Sinne der üblichen physikalischen Definition eine Resultierende der additiven Überlagerung, d. h. Superposition, zweier Schwingungen verstanden, die sich in ihrer Frequenz nur wenig voneinander unterscheiden. Schwebungen treten bei alten bekannten Wellen auf, insbesondere auch bei elektromagnetischen Wellen. Eine Schwebung ist also eine Schwingung mit periodisch veränderlicher Amplitude. Sie entsteht durch Überlagerung von Schwebungen mit ähnlichen Frequenzen F₁ und F₂.
Das erfindungsgemäße Prinzip der Erzeugung einer Schwebung aus Signalen des Referenzschwingkreises und des Messschwingkreises bietet den Vorteil, dass Schwingungsänderungen des Messschwingkreises auf besonders einfache Weise festgestellt werden können. Die Schwingungsänderung in dem Messschwingkreis kann nämlich eine deutliche Änderung der Schwebung, beispielsweise der Schwebungsfrequenz oder der Schwebungsamplitude, hervorrufen. Diese Änderung der Schwebung ist auf einfache Weise messbar und erlaubt insbesondere eine sehr hohe Störunanfälligkeit.
Das erfindungsgemäße Prinzip erlaubt daher eine besonders sichere und zuverlässige Messung von Kapazitätsänderungen.
Aus den gewonnenen Signale, d. h. aus der Änderung der Schwebung, kann ein Steuersignal hergeleitet werden, welches eine Verstellung der Kopfstütze in die optimale Kopfstützenposition hervorrufen kann.
Weiter erlaubt die erfindungsgemäße Kopfstütze die Verwendung sehr geringer Frequenzen der Wechselspannung. Dies bietet den Vorteil, dass elektromagnetische Wechselwirkungen mit anderen elektronischen Baugruppen des Fahrzeuges, die typischerweise in höher frequenten Bereichen arbeiten, weitgehend ausgeschlossen werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird infolge der Zusammenführung eines Signals des Referenzschwingkreises und eines Signals des Messschwingkreises eine Schwebung generiert. Infolge einer Schwingungsänderung des Messschwingkreises ändert sich vorteilhaft die Schwebung. Eine Änderung der Schwebung kann damit eine Änderung der Schwebungsfrequenz, eine Änderung der Schwebungsamplitude oder eine Änderung der Schwebungsphase umfassen.
Weiter vorteilhaft wird ein Signal, welches die Schwebung oder eine Schwebungsänderung repräsentiert oder daraus herleitbar ist, dazu verwendet, die relative Kopfstützenposition zu berechnen. Eine geeignete Steuerelektronik kann beispielsweise ein Signal, welches ein Schwebungsänderung repräsentiert, verstärken und als Steuersignal einer Recheneinheit übermitteln. Die Recheneinheit kann nach Erhalt des entsprechenden Signals und Bestimmung dessen Größe, gegebenenfalls auch nach Durchführung eines Vergleiches mit in einer Tabelle abgelegten Vergleichswerten, feststellen, welche relative Position der Kopf des Fahrgastes bezogen auf die Kopfstütze einnimmt. Dabei kann sowohl die relative Höhenposition als auch die relative Position in Fahrtrichtung bestimmt werden. Vorteilhafter Weise umfasst die Elektrodenanordnung eine Mehrzahl von Elektroden, wobei jeweils paarweise Elektroden mit Wechselspannung beaufschlagt und entsprechende Messungen durchgeführt werden. Bei Verwendung einer solchen Elektrodenanordnung können als Messwerte mehrere Ergebnisse erhalten werden, so dass aus der Reihe von Messwerten ein Konturverlauf des Kopfes des Fahrgastes bzw. gegebenenfalls auch der rückwärtigen Kontur von Kopf-, Hals- und Schulterbereich rekonstruiert werden kann. Ein solcher Konturverlauf kann mit abgelegten Vergleichswerten verglichen werden, so dass die Recheneinheit die tatsächliche, relative Kopfposition optimal berechnen kann.
In Kenntnis der relativen, gemessenen Kopfposition kann eine Nachführung der Kopfstütze erfolgen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6.
Die Erfindung löst die Eingangs beschriebenen Aufgabe des Weiteren mit den Merkmalen des Anspruches 6, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselspannung niedriger als 120 kHz ist.
Das Prinzip der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass als Messfrequenz, d. h. als Frequenz der Wechselspannung, die zwischen zwei Elektroden der Elektrodenanordnung angelegt wird, eine Frequenz kleiner 120 KHz, insbesondere kleiner als 30 kHz verwendet wird. Die Verwendung einer derartig geringen Messfrequenz ist im Stand der Technik nicht bekannt. Durch Verwendung der geringen Messfrequenz kann bei hoher Zuverlässigkeit der Messelektronik eine Wechselwirkung mit anderen elektronischen Baugruppen des Fahrzeuges weitgehend ausgeschlossen werden. Andere Baugruppen operieren typischerweise in einem Bereich höherer Frequenzen.
Weiter vorteilhaft ist die Frequenz der Wechselspannung niedriger als 1 kHz, weiter vorteilhaft niedriger als 500 Hz, weiter niedriger als 300 Hz. Mit derart geringen Frequenzen ist nach Durchführung zahlreicher Versuche der Anmelderin eine zuverlässige und sichere Bestimmung der relativen Kopfposition möglich. Bei diesen besonders geringen Frequenzen, die im Stand der Technik nicht vorbekannt sind, kann eine Wechselwirkung mit anderen elektronischen Baugruppen ausgeschlossen werden. Zugleich ermöglichen die gewählten Frequenzen kurze Messzeiten.
Vorteilhaft ist eine schichtartige Ausbildung mehrerer Messbereiche, also im Wesentlichen flächiger, d. h. entlang einer Ebene ausgerichteter Messbereiche zur Messung der relativen Kopfposition in Fahrzeuglängsrichtung vorgesehen. Zugleich gewährt die schichtweise Ausbildung eine hohe Reichweite der Messung. Durch die schichtartig überlappende Anordnung können dabei insbesondere zeitgleich bei einer vorgegebenen, vertikalen Position der Kopfstütze unterschiedliche, in Vertikalrichtung voneinander beabstandete Abschnitte des Kopfes des Fahrgastes, gleichzeitig oder kurz aufeinanderfolgend, Wechselfeldern ausgesetzt werden und gemessen werden. Damit kann auch eine besonders schnelle Feststellung der tatsächlichen Relativposition des Kopfes bezogen auf die Kopfstütze getroffen werden. Beispielsweise kann dies durch eine nachfolgend noch erläuterte, vergleichende Betrachtung der erhaltenen Messwerte mit abgelegten Daten über Konturen von Körperabschnitten von Fahrgästen erfolgen.
Die geometrische Ausbildung der Elektroden zur Erzielung mehrerer, schichtartig übereinander angeordneter Messbereiche kann auf unterschiedliche geeignete Weise erfolgen. Beispielsweise können mehrere Elektrodenpaare vorgesehen werden, die jeweils eine äußere, ringförmige Elektrode und eine zentral innen angeordnete Gegenelektrode umfassen. Es sind aber auch andere Elektrodengeometrien möglich.
Die erfindungsgemäße Kopfstütze ermöglicht auch eine Messung der relativen Kopfposition bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung, wobei aus dem Umstand, dass Messungen in Fahrzeuglängsrichtung entlang unterschiedlicher Vertikalabschnitte erfolgen, zugleich auch eine Aussage über die vertikale relative Kopfposition getroffen werden kann. Damit kann durch Durchführung einer einzigen Messung in den beispielsweise drei Messbereichen eine Aussage sowohl über die relative Position der Kopfstütze in Fahrzeuglängsrichtung als auch in Vertikalrichtung getroffen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der relative Abstand des Kopfes von der Kopfstütze in Fahrzeuglängsrichtung und/oder in Vertikalrichtung für die einzelnen Messbereiche einzeln ermittelbar. Insoweit können Messungen für sämtliche, schichtartig übereinanderliegende Messbereiche gleichzeitig oder nacheinander durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist insbesondere, dass bei dieser Ausgestaltung der Erfindung nur noch eine einzige Messung, durchgeführt in sämtlichen Messbereichen, erforderlich ist, um Informationen über die relativen Positionen in Fahrzeuglängsrichtung als auch in Vertikalrichtung zu erzielen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Elektrodenanordnung zumindest drei in Vertikalrichtung voneinander beabstandete Paare von Elektroden. Damit kann auf eine besonders einfache, konstruktive Weise eine schichtartige, übereinander liegende Ausbildung mehrerer Messbereiche erzielt werden.
Vorteilhafter Weise beträgt die Messreichweite der jeweiligen Messbereiche in Fahrzeuglängsrichtung nach Vorn wenigstens 30 mm. Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung sind größere Reichweiten vorgesehen. Die Messreichweite der einzelnen Messbereiche kann bis zu 200 mm betragen. Die einzelnen Messbereiche können dabei auch unterschiedliche Messreichweiten aufweisen.
Die schichtartig ausgebildeten Messbereiche sind entlang paralleler Ebenen ausgerichtet. Sie sind des Weiteren vorzugsweise in Vertikalrichtung zumindest teilweise überlappend ausgebildet. Dies bedeutet, dass in Vertikalrichtung eine Messung im Wesentlichen lückenfrei durchgeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in einem Speicher der Detektionseinrichtung Vergleichswerte angeordnet, die einen Verlauf der Kontur von Körperabschnitten eines Menschen repräsentieren, und die zum Zwecke eines Vergleiches mit den Messwerten, die bei Durchführung einer Messung erhalten werden, heranziehbar sind.
Das Prinzip dieser Ausgestaltung soll wie folgt erläutert werden: Die Detektionseinrichtung weist einen Speicher auf oder ihr ist ein Speicher zugeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um einen elektronischen, elektrischen, optischen, elektromagnetischen oder sonstigen flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicher handeln. In diesen Speicher sind Vergleichswerte eingeschrieben. Diese Vergleichswerte sind herstellerseitig eingeschrieben worden und repräsentieren einen Konturverlauf von Körperabschnitten eines menschlichen Körpers. Der relevante Konturverlauf umfasst insbesondere den Verlauf der hinteren Seite des menschlichen Kopfes, und gegebenenfalls auch noch den Konturverlauf der Rückseite des Halsbereiches eines Menschen und des oberen Schulterbereiches. Die in den Speicher eingeschriebenen Vergleichswerte stellen dabei typische Verlaufskurven dar, die einen typischen Fahrgast charakterisieren. Beispielsweise kann hierzu auf Normwerte zurückgegriffen werden.
Die Konturverläufe der Körperabschnitte können beispielsweise kontinuierlich oder in Form einzelner ausgewählter Punkte gespeichert werden.
Die Detektionseinrichtung kann im Betrieb eine Kalibrierungsmessung durchführen, beispielsweise wenn ein Fahrgast die Fahrzeugtür öffnet oder entriegelt. Die Kalibrierungsmessung erfolgt also bei Nicht-Anwesenheit eines Fahrgastes. Sobald der Fahrgast auf dem Fahrzeugsitz Platz genommen hat, was beispielsweise durch Betätigung der Motorzündung automatisch festgestellt werden kann, kann eine Messung der relativen Kopfposition des Fahrgastes bezogen auf die Kopfstütze durchgeführt werden. Die aufgrund dieser Messung erhaltenen Messwerte können nun mit den Vergleichswerten verglichen werden. Hierzu können die Vergleichswerte herangezogen werden.
Durch Vornahme des Vergleiches können die durch eine Messung an dem realen Fahrgast erhaltenen Messwerte mit den in dem Speicher abgelegten Vergleichswerte verglichen werden. Infolge einer Vornahme des Vergleiches kann optimiert festgestellt werden, welche Messwerte welchen Körperabschnitten des Fahrgastes entsprechen. Damit kann die relative Kopfposition optimiert bestimmt und eine optimierte Nachführung der Kopfstütze erreicht werden.
Vorteilhafter Weise erfolgen die Durchführung des Vergleiches und die Nachführung der Kopfstütze voll automatisch.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung eine Kalibrierungsmessung, gesteuert durch ein erstes Ereignis, vornimmt, bevor der Fahrgast Platz genommen hat, und dass die Detektionseinrichtung nachfolgend, gesteuert durch ein zweites Ereignis, oder zeitgesteuert, eine zweite Messung zur Bestimmung der Position des Kopfes relativ zu der Kopfstütze vornimmt.
Das Prinzip dieser Ausführungsform besteht im Wesentlichen darin, dass die Detektionseinrichtung jedes Mal vor Fahrtantritt und bevor ein Fahrgast Platz genommen hat, eine Kalibrierungsmessung durchführt. Die Kalibrierungsmessung wird also bei Nicht-Anwesenheit eines Fahrgastes durchgeführt.
Die Kalibrierungsmessung wird gesteuert durch ein erstes Ereignis vorgenommen. Dieses Ereignis kann beispielsweise die Feststellung einer Türöffnung oder Türentriegelung des Fahrzeuges sein. Alternativ kann das Ereignis auch die Feststellung einer Annäherung des Fahrgastes an das Fahrzeug oder dergleichen sein.
Die Detektionseinrichtung nimmt nachfolgend, nachdem der Fahrgast Platz genommen hat, eine Messung zur Bestimmung der relativen Kopfposition vor. Diese Messung wird ereignisgesteuert oder zeitgesteuert durchgeführt. Als geeignetes zweites Ereignis zur Initiierung der Durchführung einer Messung der relativen Kopfsposition kann beispielsweise ein von einem Sitzbelegungserkennungssensor geliefertes Signal verwendet werden. Alternativ kann eine Feststellung, dass ein Fahrgast seinen Anschnallgurt geschlossen hat, oder eine Feststellung einer erfolgten Motorzündung, das Einlegen eines Ganges, das Erreichen einer Mindestgeschwindigkeit, oder dergleichen, als zweites Ereignis herangezogen werden.
Alternativ kann auch eine zeitgesteuerte Messung erfolgen, so dass jedes Mal, wenn ein bestimmter Zeitraum nach Durchführung der Kalibrierungsmessung vergangen ist, eine Messung der relativen Kopfsposition durchgeführt werden. Die geeignete Zeitspanne kann beispielsweise 30 oder 60 Sekunden betragen.
Die durchzuführende Messung dient in Kenntnis der bei der Kalibrierungsmessung erhaltenen Messwerte der möglichst exakten Feststellung einer relativen Kopfposition. Die Durchführung der Kalibrierungsmessung erfolgt bei einer bestimmten Temperatur und Luftfeuchtigkeit und bei bestimmten elektrischen, elektronischen und elektromagnetischen Bedingungen im Fahrzeug. Die Durchführung der relativen Kopfpositionsmessung erfolgt – kurz darauf – unter den gleichen Bedingungen. Auf diese Weise kann eine optimierte Berücksichtigung der gegebenen realen Verhältnisse erfolgen.
Vorteilhafter Weise kann eine Messung während einer Fahrt regelmäßig wiederholt werden. Beispielsweise kann eine Messung alle 30 Minuten oder alle 60 Minuten oder dergleichen, gegebenenfalls auch regelmäßig in kürzen Abständen, erfolgen. Eine Wiederholung der Messung macht selbstverständlich nur Sinn, wenn die Detektionseinrichtung durch Erhalt eines entsprechenden Signals feststellt, dass sich das Fahrzeug noch in Bewegung oder der Fahrgast sich noch auf dem Sitz befindet.
Durch zahlreiche Versuche der Anmelderin hat sich herausgestellt, dass die geschilderten, und in den unterschiedlichen unabhängigen Ansprüchen zum Ausdruck kommenden Besonderheiten eine besonders optimierte Messung, eine besonders hohe Störunanfälligkeit, eine besonders hohe Reichweite und eine in qualitativer Hinsicht besonders hochwertige Aussage über die relative Kopfposition zulassen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer geschlossenen, ringförmig ausbildeten Elektrode, die eine besonders hohe Zahl bzw. Dichte an elektrischen Feldlinien ermöglicht. Da die Zahl bzw. Dichte der Feldlinien ein Maß für die Stärke des elektrischen Feldes ist, können mit der gewählten Geometrie der Elektroden offensichtlich sehr weit reichende elektrische Felder erzielt werden, die eine große Reichweite der Messung ermöglichen. Zugleich können die elektrischen Felder aber sehr stark fokussiert werden, so dass die EMV-Grenzwerte insgesamt eingehalten werden können.
Die besondere Elektrodengeometrie findet bereits vorteilhaft Anwendung, wenn lediglich zwei Elektrodenpaare, jeweils bestehend aus einer ersten, äußeren, ringförmigen und einer zweiten inneren Elektrode an der Kopfstütze angeordnet ist. Gleichermaßen kann die Erfindung aber vorteilhaft auch genutzt werden, wenn drei oder mehr Elektrodenpaare, jeweils zusammengesetzt aus einer inneren und einer äußeren Elektrode, vorgesehen werden.
Neben einer besonders großen Reichweite hat sich die besondere Elektrodengeometrie in Testreihen auch als besonders störunanfällig gegenüber Streukapazitäten bewiesen. Insbesondere erweist sich die erfindungsgemäße Elektrodengeometrie unter Verwendung ringförmiger äußerer und zentral innen angeordneter Elektroden geeigneter als andere Elektrodengeometrien. Dabei erscheint diese Geometrie für den konkreten Anwendungszweck an einer Kopfstütze an einem Fahrzeugsitz besonders vorteilhaft.
Als ringförmige Elektrode wird jede Elektrode verstanden, die eine innere, im Wesentlichen zentrale Ausnehmung aufweist, wobei in der Ausnehmung, elektrisch von der äußeren Ringelektrode isoliert, eine zweite Elektrode angeordnet ist. Die ringförmige Elektrode ist im Wesentlichen flächenförmig ausgebildet. Sie kann kreisringförmig, im Wesentlichen rechteckförmig, oder beliebiger anderer Kontur sein. Umfasst sind auch solche Elektroden, bei denen eine unregelmäßige Randkontur, beispielsweise vorstehende Eckbereiche, vorgesehen sind.
Denkbar sind auch Elektrodengeometrien, bei denen eine flächenhafte große Elektrode zwei oder mehr Ausnehmungen aufweist, wobei in jeder Ausnehmung eine kleinere, innere Elektrode angeordnet ist, die von der äußeren Elektrode umgeben wird.
Weiter ist auch denkbar, dass eine äußere ringförmige Elektrode eine Ausnehmung aufweist, in der zwei oder mehr innere Elektroden angeordnet sind, die gemeinsam von der äußeren Elektrode umgeben sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die erste Elektrode entlang einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zu der in Fahrzeuglängsrichtung vorderen Seite der Kopfstütze ausgerichtet ist. Die in Fahrzeuglängsrichtung vordere Seite der Kopfstütze ist die Vorderseite, d. h. die Seite der Kopfstütze, die dem Kopf des Fahrgastes zugewandt ist. Die Kopfstütze weist in der Regel eine entlang einer Ebene ausgerichtete, gegebenenfalls auch leicht gekrümmte Vorderseite auf. Zu dieser Ebene erstreckt sich die erste Elektrode im Wesentlichen parallel.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die innere, zweite Elektrode, von einer punktförmigen Elektrode gebildet sein. Alternativ kann die innere Elektrode von einer fadenförmigen Elektrode gebildet sein. Als punktförmige Elektrode wird im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung jede Elektrode bezeichnet, die eine gegenüber der ersten Elektrode deutlich kleinere Fläche aufweist. Insbesondere eine Ausführungsform, bei der die erste Elektrode kreisringförmig und die innere Elektrode punktförmig ausgebildet ist, erwies sich in Testreihen als vorteilhaft.
Als fadenförmige Elektrode wird jede innere Elektrode bezeichnet, die eine im Wesentlichen linienartige Geometrie besitzt. Eine solche Geometrie ist insbesondere von Vorteil, wenn in der ersten, ringförmigen Elektrode lediglich ein schmaler Schlitz angeordnet ist, der der Aufnahme der inneren Elektrode dient.
Besonders vorteilhaft ist es, ein Elektrodenpaar zu verwenden, dessen erste Elektrode eine wesentlich größere Fläche aufweist als die zweite Elektrode.
Die Anmelderin hat nach Durchführung zahlreicher Versuchsreihen erkannt, dass zur Erzielung einer hohen Reichweite, einer hohen Messgenauigkeit und einer hohen Störunanfälligkeit bei dem konkreten Anwendungsfall einer Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz ein möglichst extremes Verhältnis der Oberflächen von zwei Elektroden von Vorteil ist. Bei Verwendung einer solchen Elektrodengeometrie bilden sich offensichtlich bei einer Kopfstütze in einem Fahrzeugsitz, bedingt durch die besondere Art der Schar elektrischer Feldlinien, Wechselfelder aus, die für eine zuverlässige, störunanfällige und weitreichende Messung sorgen können.
Vorteilhaft ist die Fläche der ersten Elektrode um ein Vielfaches größer ausgebildet als die Fläche der zweiten Elektrode. Dies umfasst insbesondere Paare von Elektroden, bei denen die Fläche der ersten Elektrode wenigstens fünffach, vorzugsweise wenigstens zehnfach, weiter vorzugsweise wenigstens zwanzigfach, weiter vorzugsweise wenigstens hundertfach, weiter vorzugsweise zwischen 400- und 450-fach so groß ausgebildet ist, wie die Fläche der zweiten Elektrode.
Die in Fahrzeuglängsrichtung vordere Fläche der jeweiligen Elektrode wird von derjenigen Fläche der Elektrode gebildet, die dem Kopf eines auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrgastes zugewandt ist. Die Größe der Elektrode bemisst sich dabei entlang einer Ebene, die quer zur Fahrzeuglängsachse ausgebildet ist.
Die nähere geometrische Ausgestaltung der ersten und der zweiten Elektrode gemäß dieser Erfindung ist zunächst beliebig. Vorteilhaft ist aber die erste Elektrode als ringförmige Elektrode ausgebildet, die die zweite Elektrode umgibt. Alternativ kann die zweite Elektrode allerdings auch als Punkt- oder Fadenelektrode ausgebildet sein und beispielsweise neben einer großflächig ausgebildeten ersten Elektrode angeordnet sein. Schließlich kommen auch Ausführungsformen in Betracht, bei denen mehrere Paare von Elektroden vorgesehen sind, wobei jedes Paar eine erste, großflächige Elektrode und eine zweite, kleinflächige Elektrode aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Fläche wenigstens dreimal so groß wie die zweite Fläche.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Fläche wenigstens sechsmal so groß wie die zweite Fläche. Weiter vorteilhaft ist die erste Fläche wenigstens zehnmal so groß, weiter vorteilhaft wenigstens zwanzigmal so groß, weiter vorteilhaft wenigstens einhundertmal, weiter vorzugsweise zwischen 400- und 450-fach so groß wie die zweite Fläche.
Als erste und zweite Fläche im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung wird jeweils die Fläche der Elektrode verstanden, die in Fahrzeuglängsrichtung ganz vorne an der Elektrode angeordnet ist. Für den Fall, dass gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beide Elektroden als Flächenelektrode ausgebildet sind, und diese Flächen entlang einer Ebene quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet sind, entsprechen die ersten und zweiten Flächen im Sinne dieser Patentanmeldung den Elektrodenflächen.
Für den Fall, dass die Elektroden allerdings nicht flächenförmig sondern – was an sich ungünstig wäre – als dreidimensionale Körper ausgebildet sind, werden als Flächen im Sinne dieser Patentanmeldung die jeweils in Fahrtrichtung am weitesten vorne angeordneten Flächen angesehen, also diejenigen Seiten der Elektroden, die dem Kopf des Fahrgastes zugewandt sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Flächen im Wesentlichen entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Dies kann vorzugsweise eine quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnete Ebene sein.
Die Kopfstütze ist vorteilhafter Weise höhenverstellbar und in Fahrzeuglängsrichtung verstellbar. Damit kann eine optimale Kopfstützenposition bezogen auf die festgestellte Position des Kopfes des Fahrgastes sowohl durch eine Höhenverstellung als auch durch eine Verstellung der Kopfstütze in oder entgegen der Fahrzeuglängsrichtung erzielt werden.
Weiter vorteilhaft ist die Kopfstütze mittels eines motorischen Antriebes verstellbar. Der motorische Antrieb kann die Kopfstütze vorteilhafter Weise in Vertikalrichtung und/oder in Fahrzeuglängsrichtung verstellen. Hierfür kann jeder geeignete motorische Antrieb eingesetzt werden. Dabei kommen sowohl Antriebe in Betracht, bei denen eine Verstellung der Kopfstütze in Längsrichtung unabhängig von einer Verstellung der Kopfstütze in Vertikalrichtung erfolgt, als auch alternativ solche Antriebe, bei denen überlagerte Bewegungen, beispielsweise Schwenkverlagerungen der Kopfstütze, erfolgen, die eine Bewegungsrichtungskomponente in Vertikalrichtung als auch eine Bewegungsrichtungskomponente in Fahrzeuglängsrichtung aufweisen.
Weiter vorteilhaft ist die Elektrodenanordnung nahe der Vorderseite der Kopfstütze angeordnet. Die Elektrodenanordnung ist dabei typischerweise von einer Polsterschicht und/oder von einem Bezug, z. B. von einer textilen Kaschierung oder gegebenenfalls auch von einer Lederkaschierung, abgedeckt. Bezüglich der Unterbringung der Elektrodenanordnung in der Kopfstütze und der Positionierung relativ zu der Polsterung kann auf die deutsche Patentanmeldung der Anmelderin DE 10 2006 023 102 A1 verwiesen werden, deren Offenbarungsgehalt hiermit, auch zum Zwecke der Bezugnahme auf einzelne oder mehrere Merkmale, in den Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung mit eingeschlossen wird.
Die Erfindungen werden nun anhand der Beschreibung der Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen exemplarisch erläutert.
Dabei werden der Übersichtlichkeit halber gleiche oder miteinander vergleichbare Teile oder Elemente, auch soweit sie unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zuzuordnen sind, der Übersichtlichkeit halber mit gleichen Bezugszeichen, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben bezeichnet.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in einer schematischen Seitenansicht den Kopf- und Schulterbereich eines Fahrzeug-Fahrgastes und einen Kopfbereich einer Kfz-Sitzlehne mit einer daran angebrachten erfindungsgemäßen Kopfstütze,
1a in einer schematischen Schnittdarstellung, etwa entlang einer in 1 mit 1a-1a bezeichneten Schnittlinie, die Anordnung der 1,
2 eine erfindungsgemäße Kopfstütze in einer schematischen, abgebrochenen Vorderansicht, etwa entlang einer Blickrichtung entlang des Ansichtspfeils II in 1 unter Weglassung eines Bezuges der Kopfstütze, und
3 ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung einer erfindungsgemäßen Kopfstütze.
Die in ihrer Gesamtheit in den Figuren mit 10 bezeichnete Kopfstütze ist über wenigstens eine Tragstange 11, vorzugsweise über ein Paar von Tragstangen 11a, 11b, an dem Kopf 12 einer Fahrzeugsitzlehne 13 angebracht. Die Kopfstütze 10 ist bezüglich der Vertikalrichtung z, d. h. in der Höhe, verlagerbar.
Gleichermaßen ist die Kopfstütze vorteilhaft auch in Fahrtrichtung x, d. h. in Fahrzeuglängsrichtung, auf geeignete Weise verlagerbar.
Hierfür kann z. B. im Bereich der Lehne 13 ein schematisch angedeuteter Antrieb 44, beispielsweise ein Elektromotor, angeordnet sein. In diesem Zusammenhang wird auch verwiesen auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 023 102 A1 der Anmelderin, die mögliche Verstellarten erwähnt.
1 zeigt einen Fahrgast 14, der auf dem nicht vollständig dargestellten Sitz Platz genommen hat. Es kann sich dabei beispielsweise um den Führer des Fahrzeuges, aber auch um den Beifahrer oder einen im Fond-Sitzbereich befindlichen Fahrgast handeln. Typischerweise lehnt sich der Fahrgast mit seinem Rücken 15 an der in Fahrzeuglängsrichtung x vorderen Seite 16 der Rücklehne 13 an.
Der Kopf 17 des Fahrgastes ist um einen Abstand d in Fahrzeuglängsrichtung x von der vorderen Seite 18 der Kopfstütze 10 beabstandet. Die Oberseite 19 des Kopfes 17 des Fahrgastes ist im Wesentlichen bündig angeordnet zu der Oberseite 20 der Kopfstütze 10.
An der Kopfstütze ist – wie in 1 schematisch angedeutet – eine Elektrodenanordnung 21 angeordnet, die nahe der Vorderseite 18 der Kopfstütze positioniert ist. Man erkennt in 1, lediglich schematisch angedeutet, einen Polsterträger 22, der von einer Polsterschicht 23, beispielsweise gebildet aus einem Schaumstoff, umgeben ist. Die Kopfstütze 10 weist an ihrer Außenseite darüber hinaus einen Bezug oder eine Kaschierschicht 24 auf, die beispielsweise von einem textilen Material oder von Leder oder von mehrschichtigen Materialien gebildet sein kann.
Die Elektrodenanordnung 21 befindet sich beispielsweise zwischen der Außenschicht 24 und dem Polster 23, gegebenenfalls auch zwischen dem Polster 23 und einem Polsterträger 22.
Wie in der eingangs zitierten Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, ist die Elektrodenanordnung 21 über in 1 nur angedeutete elektrische Leitungen 42a, 42b, 42c mit einer Steuereinheit 41 verbunden, die eine elektronische Messschaltung 64 aufweist oder mit einer Messschaltung verbunden ist. Die Steuereinheit 41 kann über eine dargestellte Leitung 43 mit dem Antriebsmotor 44 verbunden sein. Diese Darstellung ist allerdings nur exemplarisch zu verstehen. Gleichermaßen kann die Steuereinheit 41 auch in dem Bereich der Lehne 13 angeordnet sein, wobei die Zuleitungen 42a, 42b und 42c bzw. die Zuleitung 43 durch die hohlen Tragstangen 11a, 11b der Kopfstütze verlaufen können.
Die Steuereinheit 41 und/oder eine der Steuereinheit zugeordnete, in 1 nicht dargestellte Messelektronik bzw. Messschaltung kann die Elektroden der Elektrodenanordnung 21 mit Wechselspannung beaufschlagen, so dass der Raumbereich in Fahrtrichtung x vor der Kopfstütze 10 einem Wechselfeld ausgesetzt wird. Dieses Wechselfeld dient der Erfassung der Anwesenheit des Kopfes 17 des Fahrgastes 14 und der Feststellung dessen räumlicher Position relativ zu der Kopfstütze 10. Hierbei spielt insbesondere die Erfassung des Abstandes d und die Erfassung eines Abstandes in vertikaler Richtung z zwischen der Oberseite 19 des Kopfes 17 und der Oberseite 20 der Kopfstütze 10 eine besondere Rolle.
Ziel ist es, insbesondere ausgehend von unterschiedlichen initialen Ausgangspositionen der Kopfstütze 10, d. h. verschiedenen Vertikalpositionen der Kopfstütze zu Beginn einer Messung, für unterschiedlich große Fahrgäste eine optimale Ausrichtung der Kopfstütze relativ zu dem Kopf 17 des Fahrgastes 14 zu erzielen.
Hierzu kann die Messung durchgeführt werden, und die Kopfstütze 10 in Kenntnis der erhaltenen Messergebnisse optimal nachgeführt und relativ zu dem Kopf 17 positioniert werden.
Hierzu wird zunächst eine Kalibrierungsmessung zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem sich der Fahrgast 14 noch nicht auf dem Sitz befindet. Eine solche Kalibrierungsmessung erfolgt ereignisgesteuert. Beispielsweise kann das Ereignis „Türöffnung” von der Elektronik des Fahrzeuges festgestellt werden und ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 41, die mit der zentralen Fahrzeugelektronik verbunden sein kann, übermittelt werden. Die Steuereinheit führt dann die Kalibrierungsmessung durch, die die Messwerte im Falle der Nicht-Anwesenheit eines Kopfes 17 eines Fahrgastes 14 liefert.
Anschließend kann auf beliebige geeignete Weise festgestellt werden, dass ein Fahrgast 14 Platz genommen hat. Nun kann die eigentliche Messung durchgeführt werden, die die Relativposition des Kopfes des Fahrgastes bestimmen soll. Vorzugsweise findet die zweite Messung wiederum ereignisgesteuert statt, beispielsweise infolge einer Feststellung einer Betätigung der Motorzündung des Fahrzeuges. Auch andere Ereignisse können hierfür herangezogen werden. Schließlich könnte auch eine Zeitsteuerung erfolgen, so dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Durchführung einer Kalibrierungsmessung, beispielsweise 30 Sekunden danach, eine Kopfpositionsmessung durchgeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Elektrodenanordnung 21 einer Kopfstütze 10 ergibt sich aus 2. Die Kopfstütze 10 ist dort mit einer herkömmlichen Bauform dargestellt. Sie weist eine im Wesentlichen trapezförmig ausgebildete Vorderseite 18 mit abgerundeten Ecken auf. Die Außenkontur der Kopfstütze 10 ist mit K bezeichnet. Die Erfindung ist allerdings nicht nur auf Kopfstützen 10 mit einer Kontur K, wie in der 2 dargestellt, beschränkt. Auch beliebige andere Konturen der Kopfstütze 10 sind gleichermaßen denkbar.
2 zeigt die Kopfstütze 10 unter einer Blickrichtung in Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten, also entgegen der Fahrtrichtung x. Dem Betrachter tritt insoweit also die Vorderseite 18 der Kopfstütze entgegen.
Die Elektrodenanordnung 21 weist sechs Elektroden 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f auf. Die Elektroden sind in 2 in durchgezogenen Linien dargestellt. 2 ist allerdings nur schematisch zu verstehen. Tatsächlich würde sich dem Betrachter der Kopfstütze 10 der 1 die Elektrodenanordnung 21 der 2 so nicht darstellen, da der Bezugsstoff oder die Kaschierschicht 24 in der Regel nicht transparent ist. Eine Ansicht auf die Elektrodenanordnung 21 gemäß 2 offenbart sich dem Betrachter somit erst, wenn die Kaschierschicht 24 entfernt würde.
Die sechs Elektroden 25a, 25b, 25c, 25d, 25e und 25f sind zu drei Paaren von Elektroden zusammengefasst. Die Elektroden 25a und 25b bilden ein erstes Paar von Elektroden, die Elektroden 25c und 25d bilden gemeinsam ein zweites Paar Elektroden, und die Elektroden 25e und 25f bilden ein drittes Paar von Elektroden.
Jedes Paar von Elektroden umfasst eine erste große Elektrode 25a, 25c, 25e und eine zweite kleinere, innere Elektrode 25b, 25d, 25f. Die jeweils innere Elektrode ist bei dem Ausführungsbeispiel der 2 als Fadenelektrode ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Elektroden 25b, 25d und 25f im Wesentlichen linear langgestreckt ausgebildet sind.
Die drei äußeren Elektroden 25a, 25c und 25e sind als Ringelektroden ausgebildet. Es handelt sich um im Wesentlichen flächig ausgebildete Elektroden, die jeweils eine zentrale Ausnehmung 26a, 26b, 26c aufweisen. Die Ausnehmungen sind im Wesentlichen schlitzartig ausgebildet und stellen einen Unterbringungsraum für die jeweilige Fadenelektrode 25b, 25d und 25f bereit.
Angemerkt sei, dass sowohl die Länge S als auch die Breite B des jeweiligen Schlitzes (beispielhaft dargestellt anhand der Ausnehmung 26b in 2) geeignet wählbar ist und insbesondere den Abmessungen der jeweils inneren Fadenelektroden 25b, 25d und 25f entsprechen kann. Dabei ist auch angemerkt, dass die 2 die Elektrodenanordnung 21 lediglich schematisch darstellt. Die Schlitze 26a, 26b, 26c sind in 2 mit einer übertrieben groß dargestellten Breite B und Länge S dargestellt.
Die Schlitze 26a, 26b, 26c dienen im Wesentlichen dazu, die jeweils innere Elektrode 25b, 25d, 25f in elektrischer Isolation zu der jeweils äußeren Ringelektrode 25a, 25c, 25e anzuordnen.
Jede der Elektroden 25a, 25b, 25c, 25d, 25e und 25f ist über in 2 nicht dargestellte Zuleitungen 42a, 42b, 42c (vgl. 1) mit der Steuereinheit 41 und/oder einer in 2 nicht dargestellten Messelektronik verbunden. Jeweils zwischen den Elektroden eines Paares von Elektroden, z. B. zwischen den Elektroden 25a und 25b, kann eine Wechselspannung angelegt werden. Bei Anlegen einer Wechselspannung entsteht eine Schar von Linien des elektrischen Feldes. Die elektrischen Feldlinien stehen im Wesentlichen senkrecht zu dem jeweiligen Abschnitt der Oberfläche der Elektrode. Im Bereich der Schlitze 26a, 26b und 26c ergibt sich dadurch eine sehr hohe Dichte an E-Feldlinien. Damit kann das E-Feld fokussiert werden und eine besonders große Messreichweite erzielt werden. Zugleich wird dadurch die Störanfälligkeit reduziert.
Die Elektrodenanordnung 21 mit einer Geometrie gemäß 2 hat sich als besonders vorteilhaft dargestellt. Hierbei ist hervorzuheben, dass die großflächig ausgebildeten Elektroden 25a, 25c und 25e gemeinsam nahezu die gesamte Fläche der Vorderseite 18 der Kopfstütze 10 einnehmen. Damit kann eine besonders hohe Reichweite und Messgenauigkeit und eine hohe Störunanfälligkeit erzielt werden.
2 zeigt Ringelektroden 25a, 25c und 25e, die relativ langgestreckt und im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sind. Die bezüglich 2 obere Ringelektrode 25a weist an ihrer Oberseite 27 einen Konturverlauf auf, der zum Teil an den Verlauf der Kontur K der Kopfstütze 10 in diesem Bereich angepasst ist.
Die mittlere Ringelektrode 25c weist fransenartig langgestreckte Eckabschnitte 28a und 28b auf, die das Paar von Elektroden 25e und 25f zwischen sich einfassen. Die Ringelektrode 25c ist insoweit nach Art eines auf dem Kopf stehenden U ausgebildet.
Trotz der unterschiedlichen Geometrien der Elektroden 25a, 25c, 25e sind sämtliche Elektroden 25a, 25c und 25e jeweils als Ringelektrode ausgebildet, und umgeben jeweils eine innere Elektrode geschlossen ringförmig. Hierdurch kann die hohe Dichte an E-Feldlinien erzielt werden, die für eine Erreichung einer optimalen Messung erforderlich ist.
Mit der Elektrodenanordnung der 2 kann eine besonders große und damit vorteilhafte Gesamtelektrodenfläche auf die folgende Weise erzielt werden:
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kopfstütze mit drei Elektrodenpaaren 25a, 25b; 25c, 25d; 25e, 25f.
Gemäß einer ersten Ausführungsform können die Elektrodenpaare gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolgend jeweils derartig mit Wechselspannung beaufschlagt werden, dass die jeweilige Ringelektrode, z. B. die Elektrode 25a, auf einem Wechselspannungspotential und die innere Elektrode, also z. B. die Elektrode 25b, auf einem Gegenpotential liegt. Auf diese Weise kann durch das Elektrodenpaar 25a, 25b ein erstes Messfeld 45a bereitgestellt oder generiert werden. Durch das Elektrodenpaar 25c, 25d wird ein zweites Messfeld 45b, und durch das Elektrodenpaar 25e, 25f wird ein drittes Messfeld 45c bereitgestellt.
Die drei Messfelder 45a, 45b, 45c liegen schichtartig, in – bezogen auf die Vertikalrichtung z – überlappender Anordnung übereinander und erlauben sowohl eine Aussage über die Vertikalposition des Kopfes relativ zur Kopfstütze als auch eine Aussage über die Position des Kopfes bezogen auf die Kopfstütze in Fahrzeuglängsrichtung.
1 macht deutlich, dass die Messbereiche 45a, 45b, 45c jeweils eine Reichweite R bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung x aufweisen, die sich relativ weit nach vorne erstreckt. Vorzugsweise beträgt die Reichweite R der Messbereiche mehr als 30 mm, vorzugsweise bis zu 200 mm. Dies ermöglicht eine besonders sichere Erfassung der relativen Kopfposition auch für den Fall, dass der Abstand d zwischen der Kopfstütze 10 und dem Kopf 17 bei Durchführung der Messung groß ist.
Die schematische Darstellung der 1a berücksichtigt, dass sich die Messbereiche 45a auch in einer Fahrzeugquerrichtung y verhältnismäßig weit erstrecken und insbesondere so breit ausgebildet sein können, wie die Breite des Kopfes 17 in Fahrzeugquerrichtung typischerweise anzunehmen ist. In 1a wurde die Breite des Messbereiches 45a bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung y mit L bezeichnet.
In Zusammenschau der 1 und 1a ergibt sich deutlich, dass die Messbereiche im Wesentlichen schichtartig überlappend und übereinanderliegend ausgebildet sind. Der Überlappungsbereich zwischen den Messbereichen 45b und 45c ist in 1 mit Ü bezeichnet. Durch die überlappende Anordnung kann eine lückenlose Detektion erreicht werden.
Die Reichweiten der unterschiedlichen Messbereiche 45a, 45b, 45c können unterschiedlich bemessen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Reichweite des mittleren Messbereiches 45b etwa 10 bis 12 cm, wobei eine Messgenauigkeit von +/– 3 mm erreicht wird. Die oberen und unteren Messbereiche 45a und 45c weisen, entsprechend einer Elektrodengeometrie der 2, eine maximale Reichweite von etwa 6 cm auf, wobei die Messung mit einem Fehler von +/– 2 mm behaftet ist.
Ergänzend sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Kopfstütze vorzugsweise eine automatische Erkennung der Relativposition des Kopfes bezogen auf die Kopfstütze vornimmt und nachfolgend automatisch eine Nachführung der Kopfstütze in eine bezogen auf den Kopf relative Position durchführt. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Detektionseinrichtung eine relative Kopfstützenposition feststellt und für den Fall, dass diese ungünstig ist, beispielsweise weil der relative Abstand in Fahrzeuglängsrichtung oder in Vertikalrichtung zu groß oder zu klein ist, dem Fahrgast ein optisches oder akustisches Signal ausgibt, so dass dieser eine Verlagerung der Kopfstütze in eine optimale Position manuell oder manuell initiiert durchführen kann.
Anhand des Blockschaltbildes der 3 soll nun eine erfindungsgemäße Messschaltung erläutert werden:
3 zeigt eine Messschaltung 64, bzw. einen Teil einer Messschaltung. Die Schaltung 64 kann beispielsweise in der Steuereinheit 41 angeordnet oder benachbart dieser angeordnet sein. Die Schaltung 64 kann in der Kopfstütze oder gegebenenfalls auch im Bereich der Fahrzeugsitzlehne angeordnet sein.
Die Messschaltung umfasst gemäß 3 einen Referenzschwingkreis 50 und eine Messschwingkreis 51. Der Referenzschwingkreis weist elektronische Bauelemente 65a, 65b auf, die beispielsweise von einem Verstärker oder einem Operationsverstärker gebildet sind. Darüber hinaus weist der Referenzschwingkreis 50 Ohmsche Widerstände 65c und 65d, sowie eine Kapazität 65e auf. Schließlich ist ein Kalibrierungszugang 62 vorgesehen, der eine Kalibrierung des Referenzschwingkreises zulässt. Ist die Kalibrierung durchgeführt, schwingt der Referenzschwingkreis 50 mit konstanter Frequenz. Eine Beeinflussung des Referenzschwingkreises und der von diesem Schwingkreis durchgeführten Schwingung findet nicht statt, wenn ein Fahrgast auf dem Fahrzeugsitz Platz nimmt.
Der Messschwingkreis 51 umfasst gleichermaßen elektronische Bauelemente 66a, 66b, sowie Ohmsche Widerstände 66c, 66d und eine Kapazität 66e. Alternativ kann auch eine Induktivität verwendet werden. Damit entspricht der Messschwingkreis von seiner Schaltungsarchitektur her im Prinzip dem Referenzschwingkreis, mit der Ausnahme, dass die Größe der Kapazität 66e unterschiedlich gewählt worden ist und gegebenenfalls auch unterschiedliche elektronische Bauelemente 66a, 66b verwendet werden. Der wesentliche Unterschied des Messschwingkreises 51 zu dem Referenzschwingkreis 50 besteht allerdings in einem Anschluss 52, der den Messschwingkreis mit der Elektrodenanordnung 21 verbindet. Beispielsweise kann der Anschluss 52 mit der Ringelektrode 25c der 2 verbunden sein. Die zugehörige Fadenelektrode 25d wäre in diesem Falle auf Massepotential gelegt.
Der Ausgang 67 des Referenzschwingkreises 50 ist mit einem Verstärker 53 oder einem anderen geeigneten, elektronischen Bauelement verbunden. Der Ausgang 68 des Messschwingkreises 51 ist mit einem Eingang eines Verstärkers 54 oder eines anderen geeigneten Bauelementes verbunden.
Die Ausgänge der beiden Verstärker 53, 54 sind über Anschlussleitungen 55 und 56 in einem Anschlusspunkt 57 zusammengeführt.
Unter der Annahme, dass Referenzschwingkreis 50 und Messschwingkreis 51 mit einer ähnlichen, aber unterschiedlichen Frequenz schwingen, kann in dem Anschlusspunkt 57 eine Schwebung generiert werden. Hierfür sind die elektronischen Bauelemente 64a, 65b, 65c, 65d, 65e, 66a, 66b, 66c, 66d, 66e in dem Referenzschwingkreis 50 und dem Messschwingkreis 51 geeignet auszulegen.
Die im Anschlusspunkt 57 hervorgerufene Schwebung, d. h. ein dieser Schwebung entsprechendes Signal, wird dem Eingang eines weiteren Verstärkers 58 oder anderen geeigneten Bauelementen zugeführt. Über eine Anschlussleitung 59 und nach Durchlaufen geeigneter weiterer elektronischer Bauelement 69a, 69b, insbesondere von Verstärkern, kann das Signal über eine Leitung 60 als Ausgangssignal 61 aus der Schaltung ausgekoppelt werden.
Das an Punkt 61 ausgekoppelte Signal kann einer nicht dargestellten Recheneinheit, die beispielsweise Bestandteil der Steuereinheit 41 ist, oder dieser zugeordnet ist, ausgewertet werden.
Vorteilhafterweise wird für unterschiedliche Messbereiche 45a, 45b, 45c jeweils eine eigene Messung durchgeführt. Demnach können der Zahl der Messbereiche entsprechend viele Ausgangssignale 41 erhalten werden. Diese können von einer Recheneinheit entsprechend verarbeitet werden. Aus den Messwerten kann die Recheneinheit die relative Kopfposition berechnen. In Kenntnis der relativen Kopfposition kann anschließend eine optimale Nachführung der Kopfstütze erfolgen.
Mit 63 ist in 3 ein Kalibrierungszugang bezeichnet, der einen Abgleich des Messschwingkreises 51 auf den Referenzschwingkreis 50 zulässt. So kann beispielsweise im unbelasteten Zustand des Messschwingkreises, also bei Abwesenheit eines Fahrgastes, eine Messung erfolgen, die Messschwingkreis und Referenzschwingkreis optimal aufeinander abstimmt. Diese Kalibrierung kann automatisch erfolgen.
Im Falle einer Türöffnung oder bei Feststellung einer Türentriegelung kann über den Kalibrierungszugang 63 eine solche Kalibrierung, und damit eine optimale Abstimmung von Messschwingkreis auf Referenzschwingkreis, automatische erfolgen, beispielsweise derart, dass der Frequenzunterschied zwischen den beiden Schwingkreisen 50, 51 zum Zwecke der Erzielung einer Schwebung optimal gewählt wird.
Anschließend kann, nachdem der Fahrgast 14 Platz genommen hat, die eigentliche Messung durch den Messschwingkreis durchgeführt werden. Hierdurch wird eine Änderung der Schwebung im Anschließpunkt 57 hervorgerufen, die durch die nachgeordneten Bauelemente, z. B. durch den Verstärker 58, bzw. durch die in 3 mit 69a und 69b bezeichneten Bauelemente, verstärkt bzw. gemessen werden kann.
Das Grundprinzip der Messschaltung 64 besteht also darin, dass ein Elektrodenpaar der Elektrodenanordnung 21 als Kapazität in einem Messschwingkreis eingebaut ist, und dieser Messschwingkreis in unbelastetem und in belastetem Zustand gemessen wird, wobei in unbelastetem Zustand ein Abgleich auf ein Referenzschwingkreis stattfindet, und in belastetem Zustand der Messschwingkreis infolge der Kapazitätsänderung verstimmt wird und diese Verstimmung, d. h. die Änderung der Schwingung des Messschwingkreises, durch ein In-Bezug-setzen zum Referenzschwingkreis besonders gut detektiert werden kann. Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Schaltung eine Schwebung erzeugt oder zulässt.
Die Schaltung entspricht im Wesentlichen der Schaltung eines bereits seit den 30er Jahren des letzen Jahrhundert als Theremin bekannten Musikinstrumentes. Eine solche Schaltung hat allerdings nach Kenntnis der Anmelderin bislang noch keinen Einsatz in dem Bereich der sensorischen Messung von Gliedmaßen von Fahrgästen in einem Fahrzeugbereich gefunden.
Vorzugsweise beträgt die Wechselspannungsfrequenz, mit der die Elektroden der Elektrodenanordnung beaufschlagt werden, weniger als 30 kHz, vorzugsweise nur etwa 200 Hz. Damit ist die Schaltung 64 insgesamt sehr störunanfällig ausgebildet.

Claims

Kopfstütze (10) für einen Fahrzeugsitz, mit einer Detektionseinrichtung, mit der eine Position eines Kopfes (17) eines auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrgastes (14) relativ zu der Kopfstütze durch Anlegung einer Wechselspannung zwischen zwei Elektroden (25c, 25d) einer an der Kopfstütze angeordneten Elektrodenanordnung (21) detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionseinrichtung eine elektronische Schaltung (64) zugeordnet ist, die einen Referenzschwingkreis (50) und einen mit den Elektroden verbundenen Messschwingkreis (51) aufweist, wobei der Messschwingkreis infolge einer Präsenz des Kopfes gegenüber einem unbelasteten Zustand eine Schwingungsänderung erfährt, wobei die Schaltung die Schwingungsänderung oder eine aus der Schwingungsänderung abgeleitete Messgröße in Bezug zu dem Referenzschwingkreis setzt, und aus dem In-Bezug-Setzen eine Information über die Relativposition des Kopfes relativ zur Kopfstütze gewinnt.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (64) ein Ausgangssignal des Referenzschwingkreises (50) und ein Ausgangssignal des Messschwingkreises (51) zusammenführt.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung infolge der Zusammenführung eine Schwebung mit einer Schwebungsfrequenz generiert.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung infolge einer Schwingungsänderung des Messschwingkreises eine Änderung der Schwebung, insbesondere eine Änderung der Schwebungsfrequenz oder eine Änderung der Schwebungsamplitude oder eine Änderung der Schwebungsphase generiert.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (64) ein Signal, welches von der Schwebung oder von der Schwebungsänderung ableitbar ist, verstärkt und/oder als Ausgangssignal ausgibt.
Kopfstütze (10) für einen Fahrzeugsitz, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Detektionseinrichtung, mit der eine Position eines Kopfes (17) eines auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Fahrgastes (14) relativ zu der Kopfstütze durch Anlegung einer Wechselspannung zwischen zwei Elektroden einer an der Kopfstütze angeordneten Elektrodenanordnung (21) detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselspannung niedriger als 120 kHz ist.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselspannung niedriger als 30 KHz, insbesondere niedriger als 1 kHz, insbesondere niedriger als 500 Hz, weiter insbesondere niedriger als 300 Hz ist.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kopfstütze eine Elektrodenanordnung (21) angeordnet ist, die zur Bestimmung des relativen Abstandes (d) des Kopfes von der Kopfstütze in Fahrzeuglängsrichtung (x) mehrere schichtartig in Vertikalrichtung übereinander liegende Messbereiche (45a, 45b, 45c) ausbildet.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstütze (10) zumindest drei in Vertikalrichtung (z) voneinander beabstandete Paare (25a, 25b; 25c, 25d; 25e, 25f) von Elektroden aufweist.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung eine Kalibrierungsmessung in unbelastetem Zustand, gesteuert durch ein erstes Ereignis vornimmt, bevor der Fahrgast Platz genommen hat, und nachfolgend, gesteuert durch ein zweites Ereignis oder zeitgesteuert, eine zweite Messung zur Bestimmung der Position des Kopfes relativ zu der Kopfstütze vornimmt.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ereignis von einer Türöffnung bereitgestellt oder abgeleitet ist.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ereignis von einer Betätigung der Motorzündung oder einem Schließen eines Anschnallgurtes oder von einem Einlegen eines Ganges oder von dem Erreichen einer Mindestgeschwindigkeit bereitgestellt oder abgeleitet ist.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Paar von Elektroden eine erste Elektrode (25a) aufweist, die eine zweite Elektrode (25b) ringförmig geschlossen umgibt.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstütze höhenverstellbar und in Fahrzeuglängsrichtung verstellbar ausgebildet ist.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstütze mittels eines motorischen Antriebes (44) verstellbar ausgebildet ist.
Kopfstütze für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung nahe der Vorderseite der Kopfstütze angeordnet ist.