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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Insassenerkennungssystem
für ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein solches System,
das in Fahrzeugsitzen angeordnete Schwingungssensoren beispielsweise
zur Erfassung des Herzschlags und/oder der Atemfrequenz eines Insassen
umfasst.
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Bisheriger Stand der Technik
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Schwingungssensoren
sind für die Erkennung der An- oder Abwesenheit eines Insassen
auf einem Fahrzeugsitz sind gut bekannt. Das Dokument
US 2005/0027416 A1 offenbart
beispielsweise ein Herzschlagerfassungssystem in einem Fahrzeug. Ein
erster Beschleunigungs- bzw. Schwingungssensor ist in einem Fahrzeugsitz
angeordnet und ein zweiter solcher Sensor ist am Fahrzeugboden angeordnet.
Wenn der Sitz belegt ist, empfängt der erste Sensor die
durch den Herzschlag des Insassen verursachten Schwingungen. Da
jedoch auch Schwingungen empfangen werden, die aus der Umgebung stammen,
kann dieses Rauschen das Herzschlagsignal verzerren. Der entfernt
vom Insassen angeordnete zweite Sensor empfängt Schwingungen
aus der Umgebung, die sich beispielsweise aus der Fahrt des Fahrzeugs
ergeben, aber nicht vom Insassen, und stellt somit ein Referenzsignal
bereit, das zum Extrahieren des Herzschlagsignals aus dem vom ersten Sensor
gelieferten verrauschten Signal verwendet wird.
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Es
ist bekannt, dass Elektretsensoren für die Umwandlung von
durch Bewegungen und Lebensfunktionen einer Person verursachten
mechanischen Kräften in elektrische Signale geeignet sind.
Eine Elektretfolie (manchmal auch als „Ferroelektret” bezeichnet)
ist eine dielektrische Folie, die Gasblasen bzw. -hohlräume
mit einer dauerhaften oder quasi-dauerhaften elektrischen Ladungsverteilung
darin enthält, welche eine Polarisierung des dielektrischen Materials
bewirkt. Die dielektrische Folie ist zwischen zwei Schichten aus
leitendem Material aufgenommen, welche die Elektroden bilden, die
an eine Auswerteschaltung anschließbar sind. Die Anordnung der
Elektretfolie und der zwei sandwichartig umgebenden Leitschichten
wird hierin als „Elektretsensor” oder „Elektret-Schwingungssensor” bezeichnet.
Solche Elektretsensoren werden beispielsweise in der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 182 764 und dem
US-Patent 7,216,417 offenbart.
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Technisches Problem
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug mit
einem verbesserten Insassenerkennungssystem bereitzustellen. Dieser
Gegenstand wird bei dem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 erreicht.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Ein
Kraftfahrzeug umfasst ein Insassenerkennungssystem zur Erkennung
eines Belegungszustands von einem oder mehreren Fahrgastsitzen. Das
Insassenerkennungssystem umfasst ein Steuergerät sowie
einen oder mehrere mit dem Steuergerät in Wirkverbindung
stehende Schwingungssensoren, wobei jeder des einen oder der mehreren
Schwingungssensoren in einem jeweiligen der Fahrgastsitze angeordnet
ist. Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung
umfasst das Insassenerkennungssystem mindestens einen Schwingungssensor,
der derart im Fahrersitz angeordnet ist und mit dem Steuergerät
in Wirkverbindung steht, dass er dem Steuergerät ein Referenzsignal
bereitstellt.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt die Tatsache, dass der Fahrersitz in
einem fahrenden Fahrzeug immer von einer erwachsenen Person belegt
ist (außer bei sehr ungewöhnlichen Umständen).
Es versteht sich, dass das Steuergerät beispielsweise das
vom Schwingungssensor im Fahrersitz erhaltene Referenzsignal dazu
verwenden kann, das Umgebungsrauschen daraus abzuleiten. Das Steuergerät kann
zu diesem Zweck einen Mustererkennungsalgorithmus anwenden, der
diejenigen Schwingungen erkennt, die für die Anwesenheit
eines Fahrers typisch sind (z. B. der Herzschlag und/oder die Atemfrequenz
des Fahrers). Diese Schwingungen können dann derart aus
dem rohen Referenzsignal herausgefiltert werden, dass man ein Hintergrundrauschsignal
erhält, das grundsätzlich nur diejenigen Schwingungen
enthält, die durch die Fahrt des Fahrzeugs bedingt sind.
Alternativ kann das Steuergerät auch das Referenzsignal
mit dem bzw. den Signalen des bzw. der Schwingungssensoren in dem
bzw. den Fahrgastsitzen vergleichen. Falls das Referenzsignal und
ein anderes Signal in mindestens einem vordefinierten Aspekt „ähnlich” sind,
würde das Steuergerät daraus folgern, dass der
entsprechende Fahrgastsitz belegt ist. Falls sich das Referenzsignal
in mindestens einem vordefinierten Aspekt von dem anderen Signal
unterscheidet, ergäbe sich daraus, dass der entsprechende
Fahrgastsitz leer ist. Es versteht sich für den Fachmann,
dass zur Bestimmung der Ähnlichkeit oder Verschiedenheit
der Signale das Steuergerät die Signale (die von den Schwingungssensoren in
Fahrersitz und Fahrgastsitzen empfangen wurden) auf Punkten in einem
Merkmalsraum abbilden und auf Basis des Abstands zwischen diesen
Punkten im Merkmalsraum über den Grad der Ähnlichkeit
oder Verschiedenheit entscheiden könnte. Dieses und ähnliche
Verfahren (z. B. beim Einsatz neuronaler Netzwerke) sind per se
bekannt und bedürfen keiner tiefgreifenden Erörterung
im Rahmen der vorliegenden Offenbarung.
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Jeder
der Schwingungssensoren ist vorzugsweise ein Herzschlag- und/oder
Atemsensor – d. h. er ist ausreichend empfindlich für
die Erfassung des Herzschlags und/oder der Atemfrequenz eines Insassen
(z. B. ein Erwachsener, ein Kind oder ein Baby/Kleinkind auf seinem
Kindersitz), wenn dieser auf dem jeweiligen Sitz sitzt. Das Referenzsignal
enthält in diesem Fall eine Rauschsignal-Komponente und – wenn
der Fahrer auf dem Fahrersitz sitzt – eine Herzschlag-
und/oder Atmungs-Signalkomponente. Das Steuergerät könnte
die Rauschkomponente von der Herzschlag-/Atemfrequenz-Komponente
trennen, indem es beispielsweise nach Mustern sucht, die durch den
Herzschlag und/oder die Atmung des Fahrers in Frequenzbereichen
von 0,5 bis 3,0 Hz für den Herzschlag (30 bis 180 Schläge
pro Minute) und von 0,1 bis 0,8 Hz für die Atmung verursacht
werden. Das Steuergerät könnte zum Trennen der
Herzschlag- und Atmungs-Komponenten vom darunterliegenden Hintergrundrauschen
verschiedene Verfahren einsetzen. Es könnte beispielsweise
Musterabgleich, Clusteranalyse, Hauptkomponentenanalyse, logistische
Regression oder multivariate Regressionen usw. basierend auf einem
Vergleich mit vorher gespeicherten Signalmustern verwenden, die
in verschiedenen Situationen aufgezeichnet wurden [verschiedene
Fahrzeuggeräuschpegel, verschiedene Herzschlag- und/oder
Atmungsamplituden, verschiedene Belegungszustände (erwachsene
Person, Kind, Baby/Kleinkind auf Kindersitz, schwerer Gegenstand
auf dem Sitz) und dergleichen]. Eine andere Vorgehensweise kann
den Einsatz von adaptiven Filtern auf Basis von Wavelets umfassen.
Der Vorteil einer solchen Vorgehensweise liegt darin, dass nur die
Parameter der Wavelets gespeichert werden, wodurch die zu speichernde
Datenmenge beträchtlich reduziert wird.
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Es
versteht sich für den Fachmann, dass die Trennung der Rauschsignal-Komponente
einerseits und der Herzschlag- und Atmungs-Komponenten andererseits
leichter bei dem vom Schwingungssensor im Fahrersitz kommenden Signal
als bei den anderen Signalen erreicht werden kann, da man den Belegungszustand
des Fahrersitzes bei fahrendem Fahrzeug als bekannt voraussetzen
kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung der Erfindung umfassen die Schwingungssensoren
in den Fahrzeugsitzen Elektret-Schwingungssensoren wie beispielsweise
Polymer-Ferroelektrete oder elektromechanische Folien auf Polymerbasis.
Solche Schwingungsssensoren sind für die Erkennung des Herzschlags
und/oder der Atemfrequenz geeignet. Die dielektrische Folie eines
solchen Elektretsensors kann aus verschiedenen Polymeren bestehen,
die beispielsweise Polypropylen (PP), isostatisches Polypropylen
(i-PP), Poly(tetrafluorethylen) (PTFE), verschiedene Copolymere
von PTFE (z. B. AF, TFE, FEP, PFA), Cycloolefine (COC), Cycloolefin-Copolymere,
Polyethylen (PE), Polyetherimid (PEI), Polyetherketon (PEEK), Polyvinylidendifluorid
(PVDF) oder Copolymere davon [wie P(VDF-TrFE)], Polyethylenterephthalat
(PET), Polyethylennaphthalat (PEN) und Polyimid (PI) umfassen. Der
Elektret-Schwingungssensor wird vorzugsweise derart ausgewählt,
dass seine piezoelektrische Ladungskonstante mindestens 50 pC/N
beträgt und bevorzugter den Bereich von 75 pC/N bis 150
pC/N umfasst.
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Die
Fahrgastsitze (und möglicherweise auch der Fahrersitz)
sind bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung mit
zusätzlichen Insassensensoren verschiedenen Typs versehen.
Diese zusätzlichen Insassensensoren können beispielsweise
einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfassen, die an das Steuergerät
angeschlossen und jeweils in einem jeweiligen des einen oder der
mehreren Fahrgastsitze angeordnet sind. Die zusätzlichen
Insassensensoren umfassen bevorzugter einen oder mehrere Drucksensoren,
die an das Steuergerät angeschlossen und jeweils in einem
jeweiligen des einen oder der mehreren Fahrgastsitze angeordnet
sind. Diese Drucksensoren sind vorteilhafterweise Foliendrucksensoren.
Die Kombination aus diesen zusätzlichen Insassensensoren
und den Schwingungssensoren stellt eine höhere Zuverlässigkeit
bei der Erkennung bereit. Außerdem kann ein solches System einen
Gegenstand oder Insassen in eine breitere Vielfalt von Klassen einteilen.
Da darüber hinaus die zusätzlichen Insassensensoren
eine weitere Möglichkeit zur Erkennung eines leeren Sitzes
bieten, kann das Steuergerät das Signal des oder der Schwingungssensoren
in diesem Sitz als ein Referenzsignal für einen leeren
Sitz verwenden, das nur Hintergrundschwingungen enthält.
Dies kann die Erkennung von Schwingungen, die von den Fahrgästen oder
dem Fahrer in den belegten Sitzen hervorgerufen werden, sowie die
Zuweisung von Insassenklassen vereinfachen.
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Am
meisten bevorzugt bilden etwaige zusätzliche Insassensensoren
und die Schwingungssensoren Konstruktionseinheiten in den jeweiligen Fahrgastsitzen
oder dem Fahrersitz. Ein kapazitiver Foliensensor oder ein Foliendrucksensor
könnten zusammen mit einem Schwingungssensor in einer flexiblen
Sandwichstruktur angeordnet werden.
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Man
kann die Schwingungssensoren an irgendeiner Stelle in den Fahrzeugsitzen
anordnen, beispielsweise in der Rückenlehne. Sie werden
jedoch vorzugsweise in den Sitzabschnitten der Fahrzeugsitze angeordnet.
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Das
Insassenerkennungssystem steht gemäß einer bevorzugten
Ausführung der Erfindung in Wirkverbindung mit einem Sicherheitssystem
oder ist ein Teil davon, wobei das Sicherheitssystem für
die Überwachung des Fahrzeuginnenraums konfiguriert und
angeordnet ist, wenn das Kraftfahrzeug steht. Das Sicherheitssystem
kann weitere Sensoren umfassen, beispielsweise Türschlosssensoren,
ein Außen- und/oder Innenthermometer, Ultraschallsensoren,
eine im Fahrzeuginnenraum angeordnete 2D- und/oder 3D-Kamera, eine
an der Außenseite des Fahrzeugs angeordnete 2D- und/oder
3D-Kamera, einen Aufprallsensor usw. Das Sicherheitssystem kann
als Diebstahlschutzsystem oder für die Erkennung von Menschen
im Fahrzeug konfiguriert sein, wenn sich letzteres nicht bewegt.
Das Sicherheitssystem kann in eingeschaltetem Zustand insbesondere
für die Erkennung eines Kindes oder Babys/Kleinkindes im
Fahrzeug sowie bestimmter Umgebungsbedingungen wie beispielsweise
der Temperatur konfiguriert sein, um eine Warnung auszugeben, falls
das Risiko einer Hyper- oder Hypothermie bei einem Kind einem als
gefährlich eingestuften Wert nahe kommt. Das Sicherheitssystem
umfasst vorzugsweise eine Warnvorrichtung im Fahrzeug zum Warnen
von Vorbeigehenden und/oder ist für die drahtlose Mitteilung
mit einer Warnvorrichtung im Fahrzeugschlüssel des Fahrers
konfiguriert und angeordnet. Zusätzlich oder alternativ
sollte das Sicherheitssystem auch derart konfiguriert sein, dass
es sich mit dem Fahrer (oder irgendeiner anderen vordefinierten
Person) auf dessen Pager oder Mobiltelefon in Verbindung setzen
kann. Es versteht sich für den Fachmann, dass das Sicherheitssystem
dieser Ausführung der Erfindung bestimmte Lebensfunktionen
wie beispielsweise den Herzschlag und die Atmung eines unbeaufsichtigt
im Fahrzeug gelassenen Kindes oder Babys/Kleinkindes erkennen kann, wenn
die Schwingungssensoren als Herzschlag- und/oder Atemsensoren konfiguriert
sind. Das System könnte diese Lebensfunktionen dazu verwenden,
den Ernst der Situation zu bewerten. Wenn es mit geeigneten Kommunikationsmitteln
versehen ist, könnte das System im Falle einer drohenden
Gefahr für das Kind oder Baby/Kleinkind einen Notruf an
eine Notrufzentrale senden.
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Das
Sicherheitssystem umfasst vorzugsweise folgende Vorrichtungen oder
steht damit in Wirkverbindung: ein Insassenerkennungssystem, eine Warnvorrichtung
sowie ein Energiesteuermodul, welches das ganze System in den Energiesparmodus versetzt,
wenn die Situation nicht kritisch ist (insbesondere wenn alle Fahrzeugsitze
leer sind). Die Erkennungszyklen des Systems könnten bei
einem solchen Energiesparmodus in größerem zeitlichen
Abstand erfolgen.
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Man
kann die vorliegende Erfindung auch vorteilhaft in einem Fahrzeug
mit einem oder mehreren Fahrgastsitzen benutzen (z. B. den Sitzen
im Heckteil des Fahrzeugs), die mit automatisch ausfahr- und versenkbaren
Kopfstützen versehen sind. In diesem Fall kann das Steuergerät
das Versenken und Ausfahren der Kopfstützen je nach den
Belegungszuständen des einen oder der mehreren Fahrgastsitze
steuern. Es versteht sich für den Fachmann, dass sich die
Kopfstützen der Rücksitze eines Fahrzeugs vorzugsweise
in der versenkten Stellung befinden, wenn diese Sitze leer sind,
da sie die Sicht des Fahrers nach hinten teilweise verdecken. Ist
einer dieser Sitze jedoch belegt, sollte sich die Kopfstütze
in der ausgefahrenen Stellung befinden, um den Fahrgast bei einem
Verkehrsunfall zu schützen. Das Insassenerkennungssystem
stellt bei der vorliegenden Ausführung fest, dass die Kopfstützen
in Abhängigkeit davon in die richtige Stellung gebracht sind,
ob die betreffenden Sitze belegt sind oder nicht. Wenn die Schwingungssensoren
für die Erkennung des Herzschlags und/oder der Atemfrequenz
konfiguriert sind, kann man das System derart konfigurieren, dass
es eine Kopfstütze in der versenkten Stellung hält,
sofern keine Person auf dem betreffenden Sitz erkannt wird.
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Es
versteht sich für den Fachmann, dass das Insassenerkennungssystem
einen zusätzlichen Schwingungs- bzw. Beschleunigungssensor
umfassen könnte, der derart an einer vom Fahrzeugsitz entfernten
Stelle des Fahrzeugs angeordnet ist, dass er ein weiteres Referenzsignal
bereitstellt. Vorzugsweise umfasst das System jedoch nicht einen
solchen zusätzlichen Schwingungs- bzw. Beschleunigungssensor,
der von den Sitzen entfernt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der folgenden detaillierten Beschreibung mehrerer nicht einschränkender
Ausführungen anhand der begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Insassenerkennungssystems mit
Elektret-Schwingungssensoren, die in die Sitzabschnitte eines Fahrersitzes
und mehrerer Fahrgastsitze integriert sind;
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2:
eine schematische Darstellung eines Insassenerkennungssystems mit
Elektret-Schwingungssensoren und Drucksensoren, die in die Sitzabschnitte
eines Fahrersitzes und mehrerer Fahrgastsitze integriert sind;
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3:
eine schematische Querschnittsdarstellung eines mit einem Drucksensor
kombinierten Elektret-Schwingungssensors gemäß einer
ersten Ausführung;
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4:
eine schematische Querschnittsdarstellung eines mit einem Drucksensor
kombinierten Elektret-Schwingungssensors gemäß einer
zweiten Ausführung;
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5:
eine schematische Querschnittsdarstellung eines mit einem kapazitiven
Sensor kombinierten Elektret-Schwingungssensors;
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6:
ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zur Erkennung der
Sitzbelegung auf Basis der Clusteranalyse veranschaulicht.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungen
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1 zeigt
ein Insassenerkennungssystem 10 für ein Fahrzeug
mit mehreren darin angeordneten Fahrzeugsitzen. Die Fahrzeugsitze
umfassen einen Fahrersitz 12, einzelne Fahrgastsitze 14 und eine
Bank 16, die drei Fahrgastsitze repräsentiert.
Es ist anzumerken, dass die dargestellte Anordnung der Sitze sowie
deren Anzahl von einer tatsächlichen Anordnung in einem
Fahrzeug verschieden sein können. Jeder Fahrzeugsitz 12, 14, 16 hat
einen Sitzabschnitt, in welchem ein Elektret-Schwingungssensor 18 eingebaut
ist. Die Elektret-Schwingungssensoren 18 sind über
Kabel 22 und Anschlussbuchsen 24 an ein elektronisches
Steuergerät 20 angeschlossen.
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Das
elektronische Steuergerät 20 umfasst Verstärker 26 und
Filter 28 zum Verstärken bzw. Filtern der Signale
der Elektret-Schwingungssensoren 18.
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Die
verstärkten und gefilterten Signale werden in einem Multiplexer 30 gemultiplext,
der die Verstärker und Filter mit einer Verarbeitungseinheit 32 [z. B.
eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares
Gate-Array (FPGA) oder dergleichen] verbindet, welche den Algorithmus
ausführt, der die Insassen der Fahrzeugsitze erkennt und
möglicherweise klassifiziert. Das Steuergerät 20 ist über
ein Schnittstellenkabel 21 an einen bordeigenen Fahrzeugcomputer
(nicht dargestellt) anschließbar.
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Das
eingeschaltete System 10 nutzt das Signal des Fahrersitzes 12 als
Referenzsignal. Die Verarbeitungseinheit 32 führt
einen Mustererkennungsalgorithmus durch, der diejenigen Signalkomponenten
des verstärkten und gefilterten Referenzsignals erkennt,
die durch Schwingungen bedingt sind, die für die Anwesenheit
eines Fahrers typisch sind wie insbesondere dessen Herzschlag und
Atmung. Die Verarbeitungseinheit entfernt dann diese Signalkomponenten
aus dem verstärkten und gefilterten Referenzsignal derart,
dass eine Rauschsignal-Komponente erhalten wird, die im Wesentlichen
nur diejenigen Schwingungen enthält, die durch die Fahrt
des Fahrzeugs hervorgerufen werden (Hintergrundrauschen). Die den
Herzschlag und die Atmung des Fahrers betreffende Signalkomponente
kann weiter verarbeitet werden, um zu bestimmen, ob der Fahrer fahrtüchtig
ist. Die Rauschsignal-Komponente des Referenzsignals dient dazu,
die Herzschlag- und Atmungs-Signalkomponenten der von den anderen Schwingungssensoren
erhaltenen Signale abzurufen. Falls eines oder mehrere der von den
Schwingungssensoren in den Fahrgastsitzen kommenden Signale keine
Herzschlag- oder Atmungs-Signalkomponente enthalten, kann die Verarbeitungseinheit diese
Signale mit berücksichtigen, um das allen Schwingungssensoren
gemeinsame Rauschen zu ermitteln, das durch die Schwingungen des
Fahrzeugs bedingt ist.
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2 zeigt
ein Insassenerkennungssystem 10', in welchem Elektret-Schwingungssensoren 18 und
Foliendrucksensoren 34 Konstruktionseinheiten bilden, die
in die Sitzabschnitte der Fahrzeugsitze 12, 14, 16 integriert
sind. Die Elektret-Schwingungssensoren 18 und die Foliendrucksensoren 34 sind über Kabel 22 und
Anschlussbuchsen 24 an das Steuergerät 20' angeschlossen.
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Das
Steuergerät 20' umfasst im Wesentlichen die Bestandteile
des Steuergeräts 20 von 1, besitzt
aber eine größere Anzahl von Kanälen und
eine modifizierte Verarbeitungseinheit 32 zur Ansteuerung
und Abfrage der Drucksensoren 34. Das Steuergerät 20' umfasst
ferner einen (optionalen) zusätzlichen Beschleunigungssensor 36,
der von den Fahrzeugsitzen 12, 14, 16 entfernt
angeordnet ist, um das durch das fahrende Fahrzeug verursachte Rauschen
direkt zu erkennen.
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Das
System 10' kann anders als das System 10 arbeiten,
insbesondere weil die Drucksensoren zusätzliche Angaben
darüber bereitstellen, welche Sitze belegt sind und welche
leer sind. Wenn einer oder mehrere der Drucksensoren 34 erkennen,
dass der ihnen zugeordnete Sitz leer ist (es wirkt keine Last),
kann das Signal des entsprechenden Elektret-Schwingungssensors als
ein Referenzsignal genommen werden, das nur die vom fahrenden Fahrzeug
hervorgerufenen Schwingungen enthält. Wenn der Drucksensor
feststellt, dass alle Sitze belegt sind (durch einen Insassen oder
eine Last, die auf die Sitzoberfläche wirkt), verwendet
die Verarbeitungseinheit 32 das Signal des Schwingungssensors
im Fahrersitz als Referenzsignal. Die Klassifizierung der Belegungszustände
verschiedener Fahrzeugsitze wird auf Basis der von den Drucksensoren 34 und den
Elektret-Schwingungssensoren 18 kommenden Eingangssignale
erreicht.
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In 3 und 4 sind
zwei Ausführungen von Anordnungen eines Elektret-Schwingungssensors
und eines Drucksensors dargestellt. In der Anordnung von 3 ist
der Drucksensor 34 mittels eines doppelseitigen Klebstoffs 38 am
Elektret-Schwingungssensor befestigt. Der Elektretsensor 18 umfasst
eine erste, geerdete Leitschicht 40 und eine zweite Leitschicht 42,
welche sandwichartig eine zusammendrückbare Elektretfolie 44 umgeben.
Die Elektretfolie besteht aus einem dielektrischen Polymermaterial,
das Gasblasen enthält. Das Zusammendrücken der
Elektretfolie 44 verursacht dauerhafte oder quasi-dauerhafte
elektrische Ladungen in der Folie, die sich zueinander verschieben,
was wiederum ein elektrisches Signal in der zweiten Leitschicht 42 hervorruft.
Der Elektretsensor 18 umfasst ferner eine dritte Leitschicht 46,
die mittels einer Isolierschicht 48 auf der zweiten Leitschicht 42 angeordnet
ist.
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Der
Drucksensor 34 umfasst eine erste Trägerfolie 50,
eine zweite Trägerfolie 52 und einen Abstandshalter 54,
mittels dessen die erste und zweite Trägerfolie voneinander
beabstandet angeordnet sind. Der Abstandshalter ist mit Öffnungen 56 versehen,
die aktive Bereiche des Drucksensors 34 definieren. In
jedem aktiven Bereich des Drucksensors 34 befindet sich
eine Elektrodenanordnung mit einer ersten 58 und einer
zweiten Elektrode 60, die auf die erste und/oder zweite
Trägerfolie 50, 52 aufgebracht sind.
Während der Drucksensor 34 einer Druckkraft ausgesetzt
ist, werden die erste und die zweite Trägerfolie 50, 52 in
den aktiven Bereichen miteinander in Kontakt gebracht, wodurch ein
elektrischer Kontakt zwischen der jeweiligen ersten und zweiten
Elektrode 58, 60 hergestellt wird. Der Drucksensor 34 kann als
so genannte Durchgangsmodus-Ausführung („through
mode”; in den Zeichnungen dargestellt), bei der die ersten
Elektroden 58 auf der ersten Trägerfolie 50 und
die zweiten Elektroden 60 auf der zweiten Trägerfolie 52 gegenüber
den jeweiligen ersten Elektroden 58 angeordnet sind, oder
als Kurzschlussmodus-Ausführung („shunt mode”;
in den Zeichnungen nicht dargestellt) realisiert sein, bei der die
erste und die zweite Elektrode 58, 60 auf derselben
der Trägerfolien 50, 52 angeordnet sind
und bei der Kontaktelemente bzw. Shunt-Elemente auf der anderen
der Trägerfolien gegenüber der jeweiligen ersten
und zweiten Elektrode angeordnet sind. Bei beiden Ausführungen
können eine oder mehrere der ersten und zweiten Elektroden
sowie das Shunt-Element eine druckempfindliche Schicht umfassen,
deren Widerstand von dem auf sie einwirkenden Druck abhängt.
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Bei
der in 4 dargestellten Anordnung nutzen der Drucksensor 34' und
der Elektret-Schwingungssensor 18' gemeinsam Funktionsschichten. Der
Elektretsensor 18' umfasst eine zusammendrückbare
Elektretfolie 44, die sandwichartig von Leitschichten 42 und 42' umgeben
ist. Das Zusammendrücken der Elektretfolie 44 bewirkt
elektrische Signale in der Leitschicht 42 und 42'.
Die Signalleitschichten 42, 42' sind durch geerdete
Leitschichten 40 und 46 von oben und von unten
abgeschirmt. Die Signalleitschichten und die Erdungsleitschichten
sind durch Isolierschichten 48' und 48'' voneinander
getrennt. Die Struktur des Drucksensors 34' ähnelt
der des Drucksensors 34 von 3. Die Isolierschicht 48' wirkt
jedoch als eine der Trägerfolien des Drucksensors 34'.
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5 zeigt
eine Anordnung eines wie bereits in 3 dargestellten
Elektret-Schwingungssensors 18 mit einem kapazitiven Sensor 62.
Der kapazitive Sensor umfasst Leitschichten 64, 66,
die durch eine flexible, aber im Wesentlichen nicht zusammendrückbare
(im Vergleich zum Elektret) isolierende Folie getrennt sind. Die
Leitschichten 64, 66 können beispielsweise
auf beide Seiten der isolierenden Folie 68 aufgebracht
sein (z. B. aufgedruckt). Der kapazitive Sensor ist mittels der
isolierenden Klebefolie 38 am Elektret-Schwingungssensor
befestigt. Wenn der kapazitive Sensor eingeschaltet ist, legt das
Steuergerät eine oszillierende Spannung an die untere Leitschicht 66 an,
wohingegen es die obere Leitschicht 64, die der Sitzoberfläche
des Fahrzeugsitzes näher ist als die untere Leitschicht 66,
bei dem im Wesentlichen gleichen Potential wie die untere Leitschicht 66 hält.
Der Bereich zwischen der oberen und unteren Leitschicht ist demzufolge
im Wesentlichen frei von einem elektrischen Feld, was dazu führt,
dass die Empfindlichkeit der oberen Leitschicht 64 für
kapazitive Änderungen zur Sitzoberfläche des Fahrzeugsitzes
hin gerichtet wird. Die obere Leitschicht 64 koppelt je
nach dem Belegungszustand des Fahrzeugsitzes mehr oder weniger stark
an die Erde des Fahrzeugs und demgemäß ändert
sich der in die obere Leitschicht fließende Strom. Das
Steuergerät misst bestimmte Eigenschaften dieses Stroms,
aus denen es dann eine erste Angabe der Insassenklasse ableitet.
Das Steuergerät verfeinert die Klassifizierung auf Basis
des vom zugeordneten Schwingungssensor kommenden Ablesewerts.
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In 6 ist
schematisch ein auf der Clusteranalyse basierendes Verfahren zur
Erkennung der Sitzbelegung mittels Schwingungssensoren dargestellt.
Das Verfahren benötigt einen Lernprozess, der durchgeführt
wird, bevor das Verfahren selbst begonnen werden kann. Während
des Lernprozesses erfolgt die Aufzeichnung von auf verschiedene
Sitzbelegungszustände bezogenen Daten (in dem Beispiel umfasst
dies die Belegung durch Erwachsene, Kinder in Kinderrückhaltesystemen
sowie Gegenstände) für verschiedene Szenarien
von Fahrzeuggeräuschen [Motor aus, Motor an, schwache Schwingungen
(z. B. auf einer Autobahn), mittlere Schwingungen (z. B. auf Stadt-
und Landstraßen) und starke Schwingungen (z. B. auf beschädigter
Straße oder unter Geländebedingungen). Während
der Durchführung des Verfahrens wird jeder „neue
Ablesewert”, der im Fahrzeug von den Sensoren erfasst wurde, mit
vorgespeicherten Daten gemischt und läuft ein Clusteranalyse-Algorithmus,
um den Grad der Ähnlichkeit (oder Verschiedenheit) des
neuen Ablesewerts mit (bzw. von) den gespeicherten Daten zu berechnen.
Demnach können eine Klassifizierung des neuen Ablesewerts
und ein Vertrauensniveau bestimmt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Kraftfahrzeug umfasst ein Insassenerkennungssystem (10)
zur Erkennung eines Belegungszustands von einem oder mehreren Fahrgastsitzen.
Das Insassenerkennungssystem umfasst ein Steuergerät (20),
einen oder mehrere mit dem Steuergerät in Wirkverbindung
stehende Schwingungssensoren (18), wobei jeder des einen
oder der mehreren Schwingungssensoren in einem jeweiligen der Fahrgastsitze
angeordnet ist, sowie mindestens einen Schwingungssensor, der derart
im Fahrersitz angeordnet ist und mit dem Steuergerät in
Wirkverbindung steht, dass er dem Steuergerät ein Referenzsignal
bereitstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2005/0027416
A1 [0002]
- - EP 0182764 [0003]
- - US 7216417 [0003]