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Die
Erfindung betrifft Vorrichtungen und ein Verfahren zum Erkennen
der Position und der Gewichtskraft einer Person, insbesondere der
Person auf einem Kraftfahrzeugsitz. Dabei werden Reflektoren zum
Reflektieren von elektromagnetischer Strahlung einer Sende- und
Empfangseinheit verwendet, wobei eine charakteristische Abschwächung der
von der Sende- und Empfangseinheit empfangenen Strahlung Rückschlüsse auf
eine im Strahlengang zwischen Sende- und Empfangseinheit und Reflektor
befindliche Person zulässt.
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Im
Bereich des Insassenschutzes für
Kraftfahrzeuge wird es in den letzten Jahren immer wichtiger, die Auslösung von
Insassenrückhaltemitteln,
beispielsweise Frontairbags, Seitenairbags, Knieairbags, Vorhangairbags,
etc. an die Fahrzeuginsassen im Entfaltungsbereich der genannten
Insassenrückhaltemittel
anzupassen, um einerseits Reparaturkosten zu sparen und bei einem
nicht belegten Sitz ein Insassenrückhaltemittel von vornherein
nicht auszulösen
und andererseits um bestimmte Personengruppen nicht durch ein ungeeignetes
Auslöseverhalten
des Insassenrückhaltemittels
zusätzlich
zu gefährden,
beispielsweise Kinder oder sehr kleine Erwachsene. Es ist also nicht
nur wichtig, die Anwesenheit einer Person auf dem Kraftfahrzeugsitz festzustellen,
sondern darüber
hinaus noch die exakte Position und sogar klassifizierende Eigenschaften
der Person, beispielsweise das Körpergewicht.
Zu nennen ist in diesem Zusammenhang die Crash-Norm FMVSS 208, deren
Einhaltung immer mehr von Fahrzeugherstellern gefordert wird und
die eine Klassifizierung einer Person nach Ihrem Gewicht festschreibt,
um im Falle einer Kollision die Ansteuerung eines Insassenrückhaltemittels
gegebenenfalls in geeigneter Weise an die erkannte Person anzupassen.
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In
der bislang unveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung
DE
102 541 97.3 der Anmelderin wird bereits eine Verwendung
von gattungsgemäßen Mikrowellenreflektoren
(
12) zur Feststellung der Anwesenheit und der Position
einer Person auf einem Sitz eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Dazu
sind ein oder mehrere Reflektoren (
12) auf einem Fahrzeugsitz
verteilt angeordnet. Die Reflektoren reflektieren die empfangenen
Signale der Sende- und Empfangseinheit (
10). Eine an die
Sende- und Empfangseinheit (
10) angeschlossene Steuereinheit
(
22) wertet die empfangenen reflektierten Signale anhand
der Signalamplitude und/oder der Signallaufzeit und/oder der Kodierung
des Signale, beispielsweise durch Modulation des vom Reflektor reflektierten
Signals, aus, und gewinnt daraus die Information, ob ein Sitz durch
eine Person oder einen anderen Gegenstand besetzt ist. Darüber hinaus
kann auch die genaue Position einer auf dem Sitz befindlichen Person 'erkannt werden.
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Zur
Messung des Gewichts oder der Gewichtsverteilung einer Person auf
einem Kraftfahrzeugsitz, wie beispielsweise von der Crashnorm FMVSS
209 gefordert, sind jedoch bislang andere Vorrichtungen notwendig:
Beispielsweise beschreibt die Deutsche Offenlegungsschrift
DE 101 60 121 A1 eine
Sensorsitzmatte zur Sitzbelegungserkennung in einem Kraftfahrzeug,
bei der mehrere druckempfindliche Sensorelemente (A, S) flächig auf
einem Kraftfahrzeugsitz verteilt angeordnet sind und jeweils ihren
Widerstandswert ändern,
abhängig
davon, wie groß die
auf sie einwirkende Gewichtskraft ist. Aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 25 877 A1 ist
es weiterhin bekannt, das Gewicht eines Fahrzeuginsassen durch Lastsensoren
zwischen dem Fahrzeugsitz und dem Fahrzeugboden zu erfassen. Die
dabei verwendeten Sensoren können
beispielsweise kapazitive Messprinzipien verwenden (Spalte
7,
Zeile
30).
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zu schaffen, bei denen zum einen ein bekannter Reflektor zur Sitzpositionserkennung
eines Fahrzeuginsassen so beschaffen ist, dass er eine Gewichtsinformation über die
auf ihn aufgebrachte Gewichtskraft erfassen und zusammen mit dem
von ihm zu einer Sende- und Empfangseinheit reflektierten Signal übertragen
kann, und zum anderen diese Gewichtsinformation auf der Empfängerseite
ausgewertet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird jeweils gelöst
durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
12. Außerdem
wird die Aufgabe gelöst
durch einen Sensor-Reflektor gemäß Anspruch
11. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Auch
wenn in der vorliegenden Patentanmeldung zumeist von einem Einsatz
der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft einer Person auf
einem Kraftfahrzeugsitz innerhalb eines Kraftfahrzeugs die Rede
ist, so kann die beschriebene Vorrichtung und das Verfahren natürlich auch
in anderen Bereichen sinnvoll eingesetzt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Erkennen der Position und des Gewichts mindestens einer Person
gemäß Anspruch
1 weist mindestens eine Sende- und Empfangseinheit für elektromagnetische
Signale auf, mindestens einen erfindungsgemäßen Sensor-Reflektor mit einer
Antenne zum Reflektieren eines Sendesignals der Sende- und Empfangseinheit
als Sensor-Reflektorsignal
und außerdem
eine Auswerteeinheit, die mit der Sende- und Empfangseinheit verbunden
ist. Erfindungsgemäß ist die
Antenne jedes Sensor-Reflektors mit einer jeweils zugehörigen elektrischen
Last verbunden, die abhängig
von einem auf sie einwirkenden Gewicht der Person ist. Abhängig von
diesem Gewicht wird dem reflektieren Sensor-Reflektorsignal durch die
Last eine Gewichtsinformation über
die Person aufgeprägt.
Das reflektierte Sensor-Reflektorsignal wird von der Sende- und
Empfangseinheit empfangen und, ggf. nach einer Signalvorverarbeitung,
der Auswerteeinheit zugeführt,
die eine Auswertung der Gewichtsinformation über die Person ermög licht,
vorzugsweise zusätzlich
zu den Auswertungen, die in der bereits eingangs erwähnten, nicht
vorveröffentlichten
Patentanmeldung
DE 102 541
97.3 beschrieben werden.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
wird die Last gewichtsabhängig
durch einen Oszillator verändert.
Der Oszillator schwingt mit einer Schwingungsfrequenz, die von der
auf den Oszillator aufgebrachten Gewichtskraft veränderlich
ist.
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Eine
gewichtsabhängige
Veränderung
der Last des Sensor-Reflektors
durch den Oszillator wird in einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung dadurch erreicht, dass die Last einen Schalter aufweist,
dessen erster Anschluss mit der Antenne des Sensor-Reflektors verbunden
ist und dessen Steueranschluss mit einem Signalausgang des Oszillators
verbunden ist. Der zweite Anschluss des Schalters ist mit einem
Bezugspotential verbunden, vorzugsweise ist er über einen elektrischen Widerstand
mit dem Masseanschluss des Sensor-Reflektors verbunden.
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Besonders
einfach und deshalb besonders vorteilhaft ist dabei ein Oszillator,
der mindestens ein seine Schwingungsfrequenz beeinflussendes Bauelement
aufweist mit einem charakteristischen Wert, der von dem auf das
Bauelement aufgebrachten Gewichtskraft durch die Person abhängt. Dies
kann beispielsweise ein Kondensator sein, dessen Kondensatorplattenabstand
sich unter Einwirken einer Gewichtskraft verändert, wodurch auch sein charakteristischer
Kapazitätswert
sich verändert.
Ist der Kondensator an einer geeigneten Stelle innerhalb einer Oszillatorschaltung,
beispielsweise einer Colpitts-Schaltung
oder auch einer Hartley-Schaltung oder ähnlichem, angeordnet, so verändert sich
die Oszillatorfrequenz am Signalausgang des Oszillators. Da der
Signalausgang des Oszillators mit dem Steueranschluss des Schalters
verbunden ist, wird so die Last, beispielsweise bestehend aus dem
Schalter selbst und dem nach Masse hin damit verbundenen Widerstand,
durch die gewichtsabhängige
Frequenz des Oszillators perio disch verändert. Auf diese Weise ändert sich
die Amplitude der durch den Sensor-Reflektor zurückreflektierten Sensor-Reflektorstrahlung
je nach der auf den Kondensator einwirkenden Gewichtskraft, was
durch die Auswerteeinheit als Gewichtsinformation auswertbar ist.
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Es
ist auch möglich,
anstatt eines gewichtsabhängigen
Kondensators ein anderes Schaltelement in einem geeigneten Oszillator
zu verwenden, das einen charakteristischen gewichtsabhängigen Wert
aufweist, beispielsweise einen Quarzoszillator, der unter Einwirken
einer Kraft komprimiert wird und dadurch sein Schwingungsverhalten
verändert,
oder auch eine Spule, die ihre Induktivität in Abhängigkeit von der aufgebrachten
Gewichtskraft ändert,
beispielsweise dadurch, dass ein Spulenkern gewichtsabhängig in
die Spulenwicklung geschoben oder aus ihr entfernt wird, oder auch
dadurch, dass die Spulenwicklung beispielsweise als Feder ausgebildet
ist und beim Zusammendrücken über einen
Spulenkern ihre Induktivität
vergrößert, oder ähnliches.
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Selbstverständlich ist
auch ein Sensor-Reflektor denkbar, bei dem mehrere Bauelemente innerhalb des
Oszillators einen für
sie charakteristischen Wert gewichtsabhängig ändern.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist als Last einen Schwingkreis auf, dessen Resonanzfrequenz gewichtsabhängig ist.
Dadurch wird eine maximale Amplitude des reflektierten Sensor-Reflektorsignals
nur bei der Resonanzfrequenz des Schwingkreises erreicht. Diese zweite
Ausführungsform
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Sendesignale der Sende-
und Empfangseinheit breitbandig sind. Dies bedeutet, dass die Frequenz
des Sendesignals innerhalb eines relativ großen Frequenzbandes beim Senden
variiert. Die Sendeträgerfrequenzen
liegen üblicherweise über 100
MHz. Typischerweise werden 433 MHz, 868 MHz oder 2,45 GHz verwendet.
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Analog
zur ersten vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist der verwendete Schwingkreis ein die Resonanzfrequenz beeinflussendes
Bauelement auf mit einem charakteristischen, gewichtsabhängigen Wert,
beispielsweise in der Form des bereits beschriebenen gewichtsabhängigen Kondensators,
der gewichtsabhängigen
Spule oder auch eines gewichtsabhängigen Schwingquarzes.
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Ein
besonders einfacher Schwingkreis ist ein Serien- oder Parallelschwingkreis
mit zumindest einem Kondensator und einer Spule, wobei vorzugsweise
mindestens eines dieser beiden Bauelemente einen gewichtsabhängigen Wert
aufweist.
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Innerhalb
einer Vorrichtung zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft
einer Person, insbesondere der Person auf einem Kraftfahrzeugsitz
in einem Kraftfahrzeug, sind zumeist nicht nur einer, sondern mehrerer
Sensor-Reflektoren auf der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes angeordnet.
Auf diese Weise kann nicht nur die Sitzposition einer Person anhand
der Signalamplituden des reflektierten Sensor-Reflektorsignals ortsgenauer
bestimmt werden, sondern auch das Gewicht: stehen sehr viele gewichtsempfindliche
Sensor-Reflektoren auf der Oberfläche des Fahrzeugsitzes zur
Verfügung,
so kann sogar eine Klassifizierung der auf dem Fahrzeugsitz befindlichen
Person aufgrund der Verteilung des einwirkenden Gewichts auf den
Fahrzeugsitz vorgenommen werden.
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Bei
der Verwendung von mehreren Sensor-Reflektoren nach der ersten vorteilhaften
Ausführungsform mit
einem gewichtsabhängig
schwingenden Oszillator ist es dabei von Vorteil, eine Zuordnung
der einzelnen Sensor-Reflektoren zu den empfangenen Signalen zu
ermöglichen.
Beispielsweise kann eine individuelle Codierung jedes einzelnen
Sensor-Reflektors dadurch erreicht werden, dass parallel zur Antenne
jedes Sensor-Reflektors
je ein Anpassnetzwerk und ggf. zusätzlich je ein Oberflächenwellenelement
angeschlossen wird, über
das bzw. die jeweils ein individueller Code auf jedes Sensor- Reflektorsignal durch
Modulation aufgeprägt
werden kann, wie beispielsweise bei Codegebern von Fahrzeugzugangssystemen,
beispielsweise gemäß der Deutschen
Offenlegungsschrift
DE
199 57 557 A1 .
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Bei
der Verwendung von mehreren Sensor-Reflektoren nach der zweiten
vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der die gewichtsabhängig
veränderliche
Last durch einen Schwingkreis gebildet wird, können für die Sensor-Reflektorsignale
verschiedener Sensor-Reflektoren jeweils verschiedene Frequenzbänder reserviert
werden. Innerhalb dieser individuellen Frequenzbänder variiert die maximale
Amplitude des jeweiligen Sensor-Reflektorsignals gewichtsabhängig.
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Vorzugsweise
sind die Sensor-Reflektoren bei beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nicht nur auf der Sitzfläche
des Fahrzeugsitzes angeordnet, sondern beispielsweise auch auf der Oberfläche der
Fahrzeugsitzlehne und/oder im Kopfteil des Fahrzeugsitzes. Diese
Anordnung ist analog zu der bekannten Anordnung von Reflektoren
zur Sitzpositionserkennung in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 102 541 97.3 , jedoch
ist es nun zusätzlich
auch möglich
Informationen über
die auf das Kopfteil einwirkende Kraft zu erhalten. Beispielsweise
kann daraus eine Information gewonnen werden, ob eine Person ihren
Kopf an das Kopfteil des Fahrzeugsitzes anlehnt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Sensor-Reflektor 6 einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
ersten vorteilhaften Ausführungsform
schematisch als Schaltskizze,
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2 eine schematische Darstellung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft (F ⇀) einer Person
(10) auf einem Kraftfahrzeugsitz (2) innerhalb
eines Kraftfahrzeugs (1),
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3 einen erfindungsgemäßen Sensor-Reflektor 6 einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
zweiten vorteilhaften Ausführungsform
schematisch als Schaltskizze,
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4 eine schematische Darstellung
des Sensor-Reflektorsignals
(R) eines Sensor-Reflektors (6) gemäß 3, aufgetragen über die Trägerfrequenz (f), für a) einen
unbelasteten Sensor-Reflektor (6) und für b) einen gewichtsbelasteten
Sensor-Reflektor
(6),
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5 einen Fahrzeugsitz (2)
mit verschiedenen möglichen
Anbringungsorten eines erfindungsgemäßen Sensor-Reflektors (6) und
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6 einen Querschnitt durch
a) einen schematisch dargestellten Kondensator (C10) eines Sensor-Reflektors
(6) einmal mit Gewichtskraftbelastung (durchgezogene Linie)
und einmal ohne Gewichtskraftbelastung (strichliert) und b) einen
schematisch dargestellten Fingerkondensator (C10), ebenfalls einmal
belastet (durchgezogene Linie) und einmal unbelastet (strichliert).
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1 zeigt einen Sensor-Reflektor 6 einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform.
Der dargestellte Sensor-Reflektor 6 weist eine Antenne
A, eine Last Z und einen Oszillator OSC auf. Die Antenne A ist beispielsweise
eine Kupferplatte mit Kantenlängen
von 3 und 4 cm. Ein Anschluss A1 der Antenne A ist mit dem Drainanschluss
S11 eines MOSFET-Transistors S10 verbunden, dessen Source S12 über einen
Lastwiderstand R1 mit dem Masseanschluss GRD verbunden ist. Der
MOSFET-Transistor S10 und der Lastwiderstand R1 bilden zusammen
die gewichtsabhängig
veränderliche
Last Z, sobald der Gateanschluss S13 des Transistors 510 gewichtsabhängig veränderlich
angesteuert wird. Dies erfolgt durch den Signalausgang eines Colpitts- Oszillators OSC,
dessen Signalausgang F_OUT mit dem Gateanschluss S13 des Transistors 510 verbunden
ist. Der dargestellte Colpitts-Oszillator OSC besteht aus einem
npn-Bipolartransistor 520,
dessen Kollektoranschluss S21 über
einen Widerstand R2 mit einer Versorgungsspannung Vcc verbunden
ist und außerdem über einen
Entstörkondensator
C1 mit dem Signalausgang F_OUT des Oszillators. Der Emitter S22
ist sowohl über
einen Widerstand R3 als auch über
einen Kondensator C3 mit dem Masseanschluss GRD verbunden. Außerdem ist
der Emitter über
einen weiteren Kondensator C2 mit seinem Basisanschluss S23 verbunden.
Die Basis S23 des Transistors S20 ist außerdem über einen Lastwiderstand R4
und außerdem über einen
Parallelschwingkreis, bestehend aus einem gewichtssensitiven Kondensator
C10 und einer Spule L, mit dem Masseanschluss GRD verbunden.
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Ebenso
dargestellt ist eine Gewichtskraft F ⇀ in Pfeilrichtung, die auf die
erste Elektrode C11 des Kondensators C10 einwirkt. Von dieser einwirkenden
Kraft F ⇀ abhängig ändert sich
der Elektrodenabstand d des Kondensators C10. Dadurch verändert sich
auch der Kapazitätswert
C des Kondensators C10, da dieser indirekt proportional zum Abstand
der Kondensatorelektroden C11 und C12 ist, gemäß der Formel:
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Der
Kondensator C10 ist ein frequenzbestimmendes Bauteil für die Schwingungsfrequenz
f des Colpitts-Oszillators OSC mit der das Ausgabesignal an dessen
Signalausgang F_OUT schwingt. Verändert sich folglich gemäß der Formel
[1] der Wert der Kapazität
C des Kondensators C10 durch Einwirken einer Gewichtskraft F ⇀, so
verändert
sich dadurch gewichtsabhängig
die Schwingungsfrequenz der Ansteuerspannung am Gateanschluss S13
des MOSFET-Transistors S10. Ein von der Antenne A reflektiertes
Sensor-Reflektorsignal T wird aufgrund einer gewichtsabhängig oszillierenden
Last Z gedämpft.
Die Sende- und Empfangseinheit 9 empfängt dieses gewichtsabhängig oszillie rend
gedämpfte
Sensor-Reflektorsignal R, bereitet es beispielsweise durch geeignete
Demodulationsverfahren auf und leitet es an die Auswerteeinheit 12 weiter,
die die im empfangenen Sensor-Reflektorsignal R enthaltene Gewichtsinformation
auswerten und ggf. das Auslöseverhalten
einer Insassenschutzvorrichtung an das ermittelte Gewicht oder die
ermittelte Gewichtsverteilung einer Person 10 auf dem Fahrzeugsitz 2 anpassen
kann.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in einem Kraftfahrzeug 1. Mehrere Sensor-Reflektoren 6 sind
auf der Sitzfläche 3,
auf der Oberfläche
der Sitzlehne 4 und in der Kopfstütze 5 eines Kraftfahrzeugsitzes 2 angeordnet.
In der Fahrzeugarmatur 11 des Fahrzeugs 1 ist
eine Sende- und Empfangseinheit 9 angebracht. Der Anbringungsort
für eine
geeignete Sende- und Empfangseinheit 9 kann aber auch an
anderer Stelle im Kraftfahrzeug sein, beispielsweise im Bereich
des Innenspiegels, was durch eine zusätzlich eingezeichnete Sende-
und Empfangseinheit 9' in
der 2 angedeutet ist,
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aber nicht benötigt
wird.
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Außerdem dargestellt
ist eine Person 10, die sich auf dem Fahrzeugsitz 2 angelehnt
an die Sitzlehne 4 befindet. Mit der Sende- und Empfangseinheit 9 verbunden
ist eine Auswerteeinheit 12 verbunden.
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Die
Sende- und Empfangseinheit 9 empfängt das Sensor-Reflektorsignal R
und demoduliert es beispielsweise mit Hilfe des bekannten FM-CW-Radarverfahrens
(frequency modulated continues wave) oder eines anderen geeigneten
Verfahrens. Somit erhält
man in der Sende- und Empfangseinheit 9 ein meist niederfrequentes
Messsignal, das hinsichtlich der Anwesenheit, der Position und der
Gewichtskraft der Person (10) ausgewertet werden kann.
Die Auswertung erfolgt dabei in einer Auswerteeinheit 12.
Sie ist beispielsweise Bestandteil des Insassenschutzsystems, vorzugsweise
wird sie durch einen Kon troller der Steuereinheit des Insassenschutzsystems
gebildet oder sie ist als Recheneinheit innerhalb der Sende- und
Empfangseinheit 9 angeordnet oder aber zumindest damit
verbunden und kann die ermittelten Informationen über den
Fahrgast 10 zumindest an das Insassenschutzsystem senden,
woraufhin dieses die Auslösung
eines Insassenrückhaltemittels
nötigenfalls
anpasst.
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Eine
entsprechende Zuordnung der Sensor-Reflektorsignale R zu den zugehörigen Sensor-Reflektoren
kann beispielsweise durch eine individuelle Codierung der Sensor-Reflektorsignale
R jedes Sensor-Reflektors erreicht werden, wie eingangs bereits
erwähnt.
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3 zeigt eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
für einen
Sensor-Reflektor 6 gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Er weist eine Antenne A auf, die an ihrem einen Ende mit einer ersten
Elektrode C11 eines Kondensators C10 und einem ersten Anschluss
L1 einer Spule L verbunden ist, die zusammen einen Parallelschwingkreis
bilden. Die zweite Elektrode C12 des Kondensators C10 und ein zweiter
Anschluss L2 der Spule L sind mit dem gemeinsamen Masseanschluss
GRD verbunden.
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Abhängig von
der Resonanzgüte
des Parallelschwingkreises LC werden alle Schwingungen um so stärker bedämpft je
weiter ihre Schwingungsfrequenz f von der Resonanzfrequenz fres des Parallelschwingkreises LC abweicht.
Eine maximale Amplitude des von der Antenne A empfangenen Signals
T und des von der Antenne A reflektierten Sensor-Reflektorsignals
R liegt bei der Resonanzfrequenz fres des
Parallelschwingkreises LC vor.
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Die
Resonanzfrequenz f
res des dargestellten
Parallelschwingkreises LC kann durch die Formel
beschrieben werden, wobei
L die Induktivität
der Spule L ist und C die Kapazität des Kondensators C10.
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Wie
die typischerweise verwendeten Trägerfrequenzen f im Bereich
der bekannten Reflektoren für
die Insassenerkennung beispielsweise in einem Frequenzband von ca.
80 Megahertz um 2,45 Gigahertz liegen, kann auch die gewichtsabhängige Resonanzfrequenz
fres des Parallelschwingkreises LC vorzugsweise
innerhalb dieses Trägerfrequenzbandes
gewichtsabhängig
variieren. Werden mehrere Sensor-Reflektoren 6 verwendet,
so ist es zur Zuordnung der von der Sende- und Empfangseinheit 9 empfangenen
Sensor-Reflektorsignale R zu den einzelnen Sensor-Reflektoren 6 von
Vorteil, wenn die zu jedem Sensor-Reflektor 6 gehörige Resonanzfrequenz
fres gewichtsabhängig nur in einem jeweils unterschiedlichen,
schmalbandigeren Resonanzfrequenzband variieren kann, wobei alle
Resonanzfrequenzbänder
der Sensor-Reflektoren 6 innerhalb des von der Sende- und
Empfangseinheit 9 ausgesendeten Trägerfrequenzbandes liegen.
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Die
Sende- und Empfangseinheit 9 sendet Sendesignale T breitbandig
aus, beispielsweise von einer untersten Frequenz f = 2,45 Gigahertz – 40 Megahertz
bis zu einer obersten Frequenz f = 2,45 Gigahertz + 40 Megahertz.
Jeder der Sensor-Reflektoren 6 reflektiert
die empfangene Strahlung mit einer maximalen Amplitude in einem
für den
jeweiligen Sensor-Reflektor 6 spezifischen
Frequenzband um seine aktuelle Resonanzfrequenz fres:
Ist ein Sensor-Reflektor (6) mit einer Gewichtskraft F ⇀ beaufschlagt,
so verringert sich seine Resonanzfrequenz fres nach
den oben genannten Formeln [1] und [2].
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Die
Sensor-Reflektorsignale R aller Sensor-Reflektoren können aber
auch alle innerhalb des gleichen Frequenzbandes gewichtsabhängig variierend
reflektieren. Eine entsprechende Zuordnung der Sensor-Reflektorsignale
R kann dann beispielsweise wiederum durch eine individuelle Codierung
der Sensor-Reflektorsignale
R jedes Sensor-Reflektors erreicht werden.
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4 zeigt eine schematische
Darstellung von typischen Sensor-Reflektorsignalen R der bevorzugten zweite
Ausführungsform
der Erfindung der 3,
aufgetragen über
die Trägerfrequenz
f für a)
einen unbelasteten Sensor-Reflektor 6 und für b) einen
gewichtsbelasteten Sensor-Reflektor 6. Die 6a) zeigt einen Resonanz-Peak des Sensor-Reflektorsignals
R mit einem Maximum bei der Resonanzfrequenz fres,d1 und
einem Kondensatorelektrodenabstand d1. 6b) zeigt den Resonanz-Peak um eine Resonanzfrequenz
fres,d2. Diese Resonanzfrequenz fres stellt
sich ein, wenn eine Kraft F ⇀ die erste Kondensatorelektrode C11 bis
auf einen Abstand d2 an die zweite Kondensatorelektrode C12 genähert. Durch
die Verringerung des Elektrodenabstands d verschiebt sich die Resonanzfrequenz
fres des Parallelschwingkreises LC um einen
Frequenzunterschied Δfres. Dieser Wert stellt ein Maß für die auf
den jeweiligen Sensor-Reflektor 6 einwirkende Gewichtskraft F ⇀ dar
und gibt somit eine Gewichtsinformation über die auf dem Fahrzeugsitz
befindliche Person 10 wieder. Über den gesamten Gewichtsmessbereich
ergibt sich beispielsweise eine maximale Frequenzverschiebung Δfres von mehreren 10 KHz.
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Die
Auswerteeinheit 12 kann die Frequenzlage der maximalen
Amplitude des Sensor-Reflektorsignals R bei der Resonanzfrequenz
fres feststellen und auf die durch ein Gewicht
hervorgerufene Frequenzverschiebung Δfres als
Gewichtsinformation auswerten.
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5 zeigt einen Fahrzeugsitz 2 mit
einer Fahrzeugsitzlehne 4, einer Kopfstütze 5 und einer Fahrzeugsitzoberfläche 2.
Eingezeichnet sind bevorzugte Anbringungsorte von erfindungsgemäßen Sensor-Reflektoren 6 auf
dem Fahrzeugsitz 2. Um das Gewicht eines Fahrzeuginsassen 10 und
darüber
hinausgehend sogar seine Gewichtsverteilung auf dem Kraftfahrzeugsitz
möglichst
genau erfassen zu können,
ist es von Vorteil, möglichst
viele Sensorreflektoren 6 auf der Fahrzeugsitzoberfläche 3 anzuordnen.
Um außerdem
noch mehr über
seine genaue Sitzposition zu erfahren, ist es von Vorteil, Sensor-Reflektoren 6 auch
in der Fahrzeugsitzlehne 4 und in der Kopfstütze 5 anzubringen.
So kann man beispielsweise herausfinden, ob ein Fahrzeuginsasse 10 an
die Fahrzeugsitzlehne 4 angelehnt ist oder ob sein Kopf
auf die Kopfstütze
drückt.
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Ein
sowohl für
die erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß 1 als auch für die zweite
Ausführungsform
gemäß 3 geeigneter gewichtssensitiver
Kondensator C10 ist beispielsweise ein freigeätzter Hohlraum in einem mikromechanischen
Halbleiterchip, bei dem die Kondensatorplatten durch das Halbleitermaterial
des Chips voneinander auf Abstand gehalten werden. Es ist aber auch
möglich, einen
geeigneten Kondensator C10 aus parallel angeordneten Elastomerfolien
aufzubauen oder ähnliches. Die
beiden Kondensatorplatten C11 und C12 sind insbesondere parallel
zur größten Flächenausdehnung
des Sensor-Reflektors 6 und parallel zu einer Kraftaufnahmefläche des
Fahrzeugsitzes 2 auf diesem angeordnet, beispielsweise
parallel zur Sitzoberfläche 3.
Bei einer mikromechanischen Realisierung des Kondensators C10 auf
einem Halbleiterchip kann vorteilhafterweise auch weitere Elektronik
auf dem Chip angeordnet sein.
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6a zeigt einen schematischen
Querschnitt durch einen geeigneten Kondensator C10 mit einem ersten
Anschluss C11, dessen Bezugszeichen zugleich die erste Kondensatorplatte
C11 bezeichnet, und einem zweiten Anschluss C12, dessen Bezugszeichen
zugleich die zweite Kondensatorplatte C12 bezeichnet. Wirkt eine
Kraft F ⇀ ≤ 0
auf die erste Kondensatorplatte C11 so wird diese strichliert eingezeichnete
Kondensatorplatte C11 nicht ausgelenkt. Ihr Abstand zu der zweiten
Kondensatorplatte C12 ist d1. Wirkt jedoch
eine F ⇀ > 0 auf die
erste Kondensatorplatte C11, so wird diese bis auf einen Abstand
d2 an die zweite Kondensatorplatte C12 angenähert. 5a zeigt beispielsweise
einen Halbleiterkondensator C oder auch einen Folienkondensator
C, bei denen jeweils die erste Kondensatorplatte C11 mittig durchgebogen
wird.
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6b zeigt einen geeigneten
sog. Fingerkondensator C10, wobei die erste Kondensatorelektrode C11
eine fingerartige Struktur aufweist, die auf Abstand gehalten wird
zu einer zweiten Kondensatorelektrode C12 mit einer entsprechend
komplementären
Fingerstruktur, die in die Fingerstruktur der ersten Kondensatorelektrode
C11 bei Annäherung
eingreifen kann, ohne die erste Kondensatorelektrode C11 elektrisch
zu kontaktieren. Wie in 5a ist
die Position der ersten Kondensatorelektrode C12 ohne Krafteinwirkung
oder bei negativer Krafteinwirkung strichliert eingezeichnet und
mit Krafteinwirkung in durchgezogener Linie. Dementsprechend sind
die Abstände
zur unteren Kondensatorplatte C12 wieder als größeres d1 und als kleineres
d2 eingezeichnet. Auch ein solcher Fingerkondensator C10 kann ebenfalls
in Halbleiterstruktur gefertigt werden, wobei die gezeigte 5b beispielsweise als Ausschnitt
der mittig durchgebogenen Kondensatorstruktur der 5a zu verstehen ist.
