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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Positionssensor. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Positionssensor zur Verwendung an einem Fahrzeugsitz.
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Stand der Technik
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Bei Kraftfahrzeugen kann es zu einer Gefahr für einen Fahrer kommen, wenn der Fahrersitz sehr weit vorne positioniert ist und bei einem Aufprall der Fahrer-Airbag ausgelöst wird. Durch die kurze Distanz zum Lenkrad, d. h. zum Airbag, kann der Airbag, wenn er sich mit maximaler Geschwindigkeit entfaltet, auf den Fahrer auftreffen und unerwünschte Verletzungen verursachen.
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Heutzutage wird in vielen Kraftfahrzeugen nicht erfasst, in welcher Position der Fahrersitz positioniert ist. In Kraftfahrzeugen der gehobenen Klassen kann die Positionierung bestimmt werden, wenn die Sitzverstellung über Verstellmotoren vorgenommen wird. Hierzu werden in der Regel Hallsensoren eingesetzt, die jedoch aufwendig und damit teuer sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Sensor bereitzustellen, der günstig herstellbar ist und mittels dessen zum Beispiel die Position eines Fahrzeugsitzes zuverlässig bestimmt werden kann. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere exemplarische Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Im Allgemeinen weist ein Positionssensor gemäß der Erfindung eine Sendeeinheit zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen, eine Empfangseinheit zum Erfassen von elektromagnetischen Wellen, und ein Positionselement auf. Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit sind relativ zu dem Positionselement bewegbar. Das Positionselement kann die elektromagnetischen Wellen der Sendeeinheit derart beeinflussen, dass die Anwesenheit des Positionselements in der Nähe der Sendeeinheit und der Empfangseinheit detektierbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Positionssensor an einem Fahrzeugsitz angeordnet, sodass detektiert werden kann, ob der Fahrzeugsitz in einer vorbestimmten Position ist oder nicht. In diesem Fall können die Sendeeinheit und die Empfangseinheit an einer bewegbaren Schiene eines Fahrzeugsitzes und das Positionselement an einer ortsfesten Schiene angeordnet sein.
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Die Sendeeinheit, die Empfangseinheit und das Positionselement können so dimensioniert sein, dass eine einzelne Position wie etwa eine bestimmt Rast-Stellung des Fahrzeugsitzes detektiert werden kann. Andererseits können die Sendeeinheit, die Empfangseinheit und das Positionselement so dimensioniert sein, dass ist es möglich ist einen Bereich wie etwa mehrere nebeneinander liegende Rast-Stellungen als detektierbare Position vorzugeben.
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Es wird angemerkt, dass die Funktion des Positionssensors auch gewährleistet ist, wenn das Positionselement an der bewegbaren Schiene des Sitzes angeordnet ist und die Sendeeinheit sowie die Empfangseinheit ortsfest an derjenigen Schiene angeordnet ist, welche die bewegbare Schiene aufnimmt.
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Alternative kann der Positionssensor auch an anderen bewegbaren Teilen wie einer Fensterscheibe oder einer Lenksäule eingesetzt werden, um zu detektieren, ob die jeweiligen Teile in einer vorbestimmten Position sind oder nicht.
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Die Sendeeinheit gemäß der Erfindung kann elektromagnetische Wellen erzeugen, die eine Frequenz einer Kurvenform, mehrere Frequenzen einer Kurvenform, eine digitale Bitfolge, eine Puls-Weiten-Modulation, eine Puls-Dauer-Modulation, ein Rauschen und/oder ein modulierten Radiosignal aufweisen.
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Das Positionselement ist gemäß der Erfindung ein Element, welches geeignet ist, elektromagnetische Wellen zu beeinflussen. Um diese Funktion zu erfüllen, kann das Positionselement beispielsweise eine Induktivität, ein elektrisch leitendes Element oder ein Element mit einer elektrisch leitenden Beschichtung sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Sendeeinheit eine Induktivität und eine Elektronik zur Ansteuerung der Induktivität auf. Die Induktivität kann im Bereich von 100 μH und 1 mH mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 1 MHz angeregt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Induktivität mit einer Frequenz zwischen 10 kHz und 220 kHz angeregt werden. Vorzugsweise kann die Induktivität mit einer Frequenz zwischen 180 kHz und 220 kHz angeregt werden. Die Induktivität der Sendeeinheit kann eine Luftspule oder eine Spule mit Ferritkern aufweisen.
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Die Empfangseinheit kann gemäß der Erfindung eine Induktivität und eine Elektronik aufweisen, die geeignet sind, die von der Sendeeinheit erzeugten elektromagnetischen Wellen aufzunehmen und zu verarbeiten. Hierzu kann die Elektronik der Empfangseinheit beispielsweise einen Komparator aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Induktivität der Sendeeinheit und die Induktivität der Empfangseinheit im Abstand von 7 mm bis 13 mm voneinander angeordnet. Vorzugsweise kann der Abstand 10 mm betragen. Auf diese Weise kann ein Spalt bereitgestellt werden, in den das Positionselement leicht eingeführt werden kann, ohne an eine der Einheiten anzustoßen oder zwischen den Einheiten zu klemmen.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Aspekte und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können ebenfalls aus den Beispielen der Ausführungsformen entnommen werden, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängende Zeichnung beschrieben werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist eine schematische Darstellung eines Positionssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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2 ist eine schematische Darstellung eines Positionssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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3 ist eine schematische Darstellung eines Positionssensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, welcher an einer Sitzschiene angeordnet ist.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt schematisch eine Sendeeinheit mit einer ersten Induktivität 1 und einer ersten Elektronik 5 zur Ansteuerung der ersten Induktivität 1, wobei die erste Induktivität 1 über Kabel mit der ersten Elektronik 5 verbunden ist. Ferner zeigt 1 eine Empfangseinheit mit einer zweiten Induktivität 2, die über Kabel mit einer zweiten Elektronik 4 verbunden ist.
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Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und bilden einen Spalt, in welchen ein Positionselement 3 hinein und heraus bewegt werden kann. Die relative Bewegung zwischen dem Positionselement und der Sende- und Empfangseinheit ist durch den Pfeil in 1 angedeutet.
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Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet. Hierbei ergeben sich zwei mögliche Anordnungen 3a und 3b für ein Positionselement, in denen das Positionselement die von der ersten Induktivität 1 der Sendeeinheit abgegebenen elektromagnetischen Wellen beeinflussen kann, sodass die zweite Induktivität 2 der Empfangseinheit einen Unterschied, d. h. eine Veränderung der elektromagnetischen Wellen detektieren kann.
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Während der Betätigung des Positionssensors sendet die erste Induktivität 1 zumindest ein Signal aus, das mittels der ersten Elektronik 5 generiert wird. Das Signal kann eine oder mehrere Frequenzen einer üblichen Kurvenform, eine digitale Bitfolge, ein PWM oder ein Rauschsignal sein oder z. B. ein moduliertes Radiosignal sein. Die zweite Induktivität 2 erfasst das Signal und die zweite Elektronik 4 wertet das Signal aus und erzeugt ein entsprechendes Informationssignal zur Weiterverarbeitung durch die allgemeine Fahrzeugelektronik.
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Sobald das Positionselement in die Nähe der Sendeeinheit kommt, wird durch das Positionselement 3 das übertragene Signal verändert, beispielsweise in Amplitude und/oder Phase.
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Auf diese Weise kann für eine Anwendung in einem Kraftfahrzeug eine günstige Elektronik bereitgestellt werden, eine sogenannte Low Cost Elektronik.
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Mit einem Timer-Baustein oder einer Inverterschaltung kann eine rechteckförmige, sinusförmige, impulsförmige oder eine lade-respektive entladekurvenähnliche Form bereitgestellt werden, die beim Laden respektive Entladen von Kondensatoren oder Spulen entstehen können. Mit einem weiteren Baustein können die Frequenzen verändert werden.
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Somit ist möglich mit beispielsweise einem handelsüblichen Dual Timer LM556 eine rechteckförmige Frequenz z. B. von 180 auf 220 kHz im 100 ms Bereich zu erzeugen.
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Mit den üblichen Cmos und Bipolar Dual Timern können Frequenzen vom tiefen Hz bis MHz Bereich generiert werden, die zeitliche Änderung der Frequenz könnte im selben Bereich durchmoduliert werden. Die Modulationsfrequenz sollte mindesten ca. 5× kleiner sein.
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Mit einem Hex Inverter ist die gleiche Schaltung zu ähnlich tiefen Kosten herzustellen.
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Der Empfänger kann eine Luftspule oder eine Spule mit Kondensator, ein sogenannter LC Schwingkreis sein. Der Kondensator kann bei der Spule oder in der Elektronik adaptiert sein.
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Die Elektronik für den Empfänger kann eine Datenerfassung aufweisen. Eine einfache und kostengünstige Datenerfassung kann mit einem Komparator realisiert werden. Der Komparator vergleicht, ob die Spannung einer Halbwelle des sinusförmigen Signales des LC Schwingkreis einen über einen Spannungsteiler realisierten Referenzwert beim Komparator überschreitet. Damit kann ein Ausgangssignal generiert werden.
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Eine Anwendung eines Positionssensors gemäß der Erfindung ist der Einsatz an einer Sitzschiene als sogenannter „Seat Track Position Sensor” oder „Sitzpositionssensor”.
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3 zeigt schematisch den Querschnitt einer bewegbaren Schiene 7, die den Sitz eines Fahrzeuges halten kann und eine ortsfeste Schiene 6, die mit einer Karosserie verbunden sein kann. Die Kombination 9 einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit ist an der bewegbaren Schiene 7 angeordnet und das Positionselement 8 in Form eines metallischen Flügels ist an der ortsfesten Schiene angeordnet. Je nach Position des Fahrzeugsitzes relativ zur Karosserie in Fahrtrichtung, befindet sich das Positionselement 8 in der Aussparung zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit, wodurch ein Seat Track Position Sensor oder Sitzpositionssensor realisiert ist.
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Hierbei kann eine Sendeinduktivität beispielsweise im Bereich von 100 μH bis 1 mH mit einer Frequenz von 180 kHz bis 220 kHz angeregt werden. Die Frequenz kann zyklisch linear in 1 ms verändert werden. Als Empfänger kann ein LC Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz von etwa 200 kHz dienen.
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Die Sende- und Empfangs-Induktivitäten können einen Abstand von beispielsweise 10 mm haben. Der Dual Timer und der Komparator können auf einer Leiterplatte montiert sein, die an der Oberschiene angeordnet ist.
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Die Unterschiene kann einen metallischen Flügel aufweisen, der sich je nach Sitzposition zwischen die Sende- und Empfangs-Indukivitäten schiebt, Somit ergibt sich ein Ausgangssignal. Es wird angemerkt, dass das Positionselement, wie etwa der metallische Flügel, ein separates Bauteil sein kann, welches an der Schiene befestigbar ist, oder integral mit der Schiene ausgebildet sein kann, beispielsweise als Vorsprung oder Ecke.
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Der Stromverbrauch ist typischerweise 2 mA bis 8 mA. Wenn über den Komparator ein Transistor einen Verbraucher schaltet, kann der Stromverbrauch auf 12 mA bis 17 mA gesteigert werden. Somit lässt sich ein in der Fahrzeugindustrie übliches Ausgangsignal, ein 2-Leitersignal generieren.
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Der Positionssensor kann auch im inneren einer komplexen Fahrzeugsitz-Schiene aufgebaut sein.
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Vorteilhaft ist, dass sich die Induktivschranke mit einem statischen Magnetfeld nicht beeinflussen lässt.
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Während die Erfindung illustriert und beschrieben wurde im Detail in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung, ist es beabsichtigt, dass derartige Illustrationen und Beschreibungen lediglich illustrativ oder exemplarisch und nicht restriktiv sind, so dass die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend” nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein” schließt eine Mehrzahl nicht aus.
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Alleinig der Umstand, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, beschränkt nicht den Gegenstand der Erfindung. Auch Kombinationen dieser Merkmale können vorteilhaft eingesetzt werden. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht den Umfang der Ansprüche beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Induktivität
- 2
- zweite Induktivität
- 3, 3a, 3b
- Positionselement
- 4
- zweite Elektronik
- 5
- erste Elektronik
- 6
- ortsfeste Schiene
- 7
- bewegbare Schiene
- 8
- Positionselement
- 9
- Kombination von Sendeeinheit und Empfangseinheit
- 10
- Sendeeinheit
- 20
- Empfangseinheit
