DE19547333A1 - Insassenschutzsystem für Fahrzeuge zur Personenbeförderung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Insassenschutzsystem für Fahrzeuge zur Personenbeförderung wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Derartige Insassenschutzsysteme umfassen als Schutzeinrich­ tung im allgemeinen Rückhalteeinrichtungen für Personen, wie z. B. Airbag und/oder Gurtstraffer, wobei jede dieser Rück­ halteeinrichtungen einem bestimmten Fahrzeugsitz zugeordnet ist und im Falle eines gefährlichen Unfalls zum Schutz einer auf diesem Sitz befindlichen Person betätigt wird.

Dabei liefert im Falle eines gefährlichen Aufpralls des Fahr­ zeugs eine Aufprallerkennungseinrichtung ein Auslösesignal an eine Auslöseeinrichtung, um eine Betätigung der zugeordneten Rückhalteeinrichtung zu bewirken. Während die Rückhalteein­ richtungen für den Fahrer des Fahrzeugs immer ausgelöst wer­ den, ist eine Betätigung der Rückhalteeinrichtungen für den Beifahrer jedoch nur dann erforderlich, wenn der Beifahrer­ sitz tatsächlich von einer Person belegt ist.

Daher sind bekannte Insassenschutzsysteme bereits mit einer Sitzbelegungserkennungseinrichtung ausgerüstet, die fest­ stellt, ob sich auf dem Beifahrersitz eine Person befindet, und die ein entsprechendes Freigabesignal an die Aufpraller­ kennungseinrichtung abgibt, so daß die Auslöseeinrichtung nur dann betätigt wird, wenn dies sinnvoll ist.

Im einfachsten Fall kann die Sitzbelegungserkennungseinrich­ tung ein Sitzkontakt sein, der durch das Gewicht einer auf dem Sitz befindlichen Person geschlossen wird und so ein Freigabesignal an die Aufprallerkennungseinrichtung liefert.

Nachteilig bei dieser einfachsten Lösung ist jedoch, daß der Sitzkontakt nur auf Gewicht anspricht und daher nicht unter­ scheiden kann, ob der Kontakt von einer Person oder nur von irgendeinem anderen auf dem Beifahrersitz befindlichen schwe­ ren Gegenstand geschlossen wurde.

Weiter ist es bekannt, optoelektronische Sensoreinrichtungen mit Sender und Empfänger zur Sitzbelegungserkennung einzuset­ zen. Dabei wird davon ausgegangen, daß sich das Empfangs­ signal ändert, wenn der Sitz von einer Person belegt ist.

Bei einem aus der DE 40 23 109 A1 bekannten Insassenschutz­ system umfaßt die Sitzbelegungserkennungseinrichtung zwei mit einem optischen oder akustischen Sender und einem geeigneten Empfänger ausgerüstete Abstandsmeßeinrichtungen, um nicht nur die Sitzbelegung sondern auch die Position eines Körperteils, z. B. des Kopfes, einer auf dem Beifahrersitz befindlichen Person relativ zur Rückhalteeinrichtung festzustellen.

Durch eine geeignete Ausrichtung derartiger Sensoreinrichtun­ gen bzw. Abstandsmeßeinrichtungen, lassen sich zwar Personen gut von anderen Gegenständen unterscheiden, jedoch besitzen diese Einrichtungen einen relativ aufwendigen Aufbau.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Insassenschutzsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das insbesondere bei einfachem Aufbau eine zuver­ lässige Sitzbelegungserkennung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Insassenschutz­ system durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Bei dem erfindungsgemäßen Insassenschutzsystem umfaßt also die Sitzbelegungserkennungseinrichtung einen Wärmestrahlungs­ fühler, der vorzugsweise auf die menschliche Wärmestrahlung, insbesondere auf die vom Menschen ausgesandte Infrarot-(IR)- Strahlung abgestimmt ist. Hierdurch läßt sich eine auf dem entsprechenden Fahrzeugsitz, insbesondere dem Beifahrersitz befindliche Person einfach und sicher von irgendeinem anderen Gegenstand unterscheiden.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Zweckmäßigerweise besitzt der Wärmestrahlungsfühler eine ent­ fernungsabhängige Empfangsempfindlichkeit, die vorzugsweise mittels einer optischen Abbildungseinrichtung, z. B. einer Linse oder einem Hohlspiegel, erreicht wird. Damit läßt sich nicht nur eine entfernungsabhängige sondern auch eine rich­ tungsabhängige Empfangsempfindlichkeit einstellen, so daß störende Wärmestrahlung von anderen Objekten weitgehend vom Wärmestrahlungsfühler ferngehalten werden kann. Die optische Abbildungseinrichtung stellt also sicher, daß nur IR- Strahlung von Objekten, die sich in einem ausgewählten Über­ wachungsbereich nahe dem Wärmestrahlungsfühlers befinden, ein Ansprechen der Sitzbelegungserkennungseinrichtung bewirken.

Zusätzlich ist der Wärmestrahlungsfühler in einem diesen ge­ gen Störstrahlung abschattenden Gehäuse angeordnet, so daß praktisch nur Wärmestrahlung aus dem zu überwachenden Bereich auf das Empfängerelement des Wärmestrahlungsfühlers gelangt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Wärmestrahlungs­ fühler ein optisches Filter umfaßt, daß nur einen Wellenlän­ genbereich der Infrarot-Strahlung durchläßt, in dem das Si­ gnal-Rausch-Verhältnis von menschlicher IR-Strahlung zu Stör­ strahlung am größten ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Insassen­ schutzsystems nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes zur Veranschaulichung eines möglichen Einbaus des Wärmestrahlungsfühlers und

Fig. 3 ein Diagramm, das die Empfangsempfindlichkeit des Wärmestrahlungsfühlers in Abhängigkeit von der Ent­ fernung zeigt.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander ent­ sprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie Fig. 1 zeigt weist das erfindungsgemäße Insassenschutzsy­ stem für Fahrzeuge zur Personenbeförderung eine Aufprall­ erkennungseinrichtung 10 zum Feststellen eines gefährlichen Aufpralls mit einer einen oder mehrere Beschleunigungsaufneh­ mer aufweisenden Beschleunigungsaufnehmeranordnung 11 und ei­ nem Auslösegerät 12 auf, das beispielsweise einen nicht dar­ gestellten Mikroprozessor umfaßt. Das Auslösegerät 12 gibt im Falle eines gefährlichen Aufpralls ein Auslösesignal aus, das Auslöseeinrichtungen 13 mehrerer Schutzeinrichtungen 14, von denen nur eine dargestellt ist, zuführbar ist, um im Notfall deren eine Person schützenden Mittel 15, z. B. Airbags oder Gurtstraffer, zu betätigen. Jede Schutzeinrichtung 14 ist da­ bei einem bestimmten Sitzplatz im Fahrzeug zugeordnet.

Um ein unnötiges Betätigen des eine Person schützenden Mit­ tels 15, das einem während eines Unfalls freien Sitzplatz zu­ geordnet ist, vermeiden zu können, ist jedem entsprechenden Sitzplatz eine Sitzbelegungserkennungseinrichtung 16 zugeord­ net. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, ist die Sitzbele­ gungserkennungseinrichtung 16 beispielsweise in einer Kopf­ stütze 17 eines bestimmten Fahrzeugsitzes 18, z. B. des Bei­ fahrersitzes, angeordnet. Die Sitzbelegungserkennungseinrich­ tung 16 kann jedoch auch an jedem anderen geeigneten Ort im Fahrzeug angeordnet werden, an dem sie den jeweils ausgewähl­ ten Fahrzeugsitz 18 eindeutig auf eine Belegung hin überwa­ chen kann.

Die Sitzbelegungserkennungseinrichtung 16 umfaßt einen Wär­ mestrahlungsfühler 19, der im dargestellten Ausführungsbei­ spiel gemeinsam mit einer Signalverarbeitungsschaltung 20 in einem Gehäuse 21 aufgenommen ist. Die Signalverarbeitungs­ schaltung 20 kann aber auch an oder im Auslösegerät 12 ange­ ordnet bzw. integriert sein. Der Wärmestrahlungsfühler 19 weist als optische Abbildungseinrichtung eine Linse 22 und einen für IR-Strahlung empfindlichen Meßempfänger 23 auf, der in einem ausgewählten Abstand von der Linse 22 vorzugsweise auf deren optischer Achse OA angeordnet ist. Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Linse 22 kann als Abbil­ dungseinrichtung auch ein Hohlspiegel vorgesehen sein, der zur Verringerung der Herstellungskosten beispielsweise als bedampfter Kunststoffspiegel ausgeführt sein kann.

Neben dem Meßempfänger 23 ist ein für IR-Strahlung empfindli­ cher Referenzempfänger 24 vorgesehen, der seitlich gegen die optische Achse OA versetzt und vorzugsweise in einer senk­ recht zur optischen Achse OA liegenden, durch den Meßempfän­ ger 23 festgelegten Empfangsebene E angeordnet ist. Der Refe­ renzempfänger 24, der zur Kompensation des Eigenrauschens und der Eigentemperatur dient, ist dabei in nicht näher darge­ stellter Weise vollständig gegen einfallende IR-Strahlung ab­ geschattet, so daß er nicht bestrahlt wird.

Als Meßempfänger 23 und Referenzempfänger 24 können beliebige für IR-Strahlung empfindliche Empfänger vorgesehen werden. Beispielsweise ist es möglich, Bolometer oder aus Thermoele­ menten aufgebaute Thermosäulen als IR-Strahlungsempfänger ein zusetzen. Erfindungsgemäß wird jedoch ein pyroelektrischer Infrarotempfänger (PIR-Empfänger) bevorzugt, der zwei glei­ chen Empfängerelementen umfaßt, die den Meßempfänger 23 und den Referenzempfänger 24 bilden.

Da pyroelektrische Infrarotempfänger nur Temperaturdifferen­ zen messen können, ist zwischen der Linse 22 und dem Meßemp­ fänger 23 eine den Meßempfänger 23 periodisch abschattende Blendenanordnung 28 vorgesehen, die beispielsweise als umlau­ fende Blende (sogenannter Chopper) oder als Schwingblende ausgebildet sein kann. Grundsätzlich kann jede mögliche Blen­ denanordnung eingesetzt werden, die den Strahlengang zwischen der Linse 22 und dem Meßempfänger 23 periodisch unterbricht.

Um auf einfache Weise einen Selbsttest der bei der Erfindung vorgesehenen Sitzbelegungserkennungseinrichtung zu ermögli­ chen, ist dem Meßempfänger 23 eine Referenzstrahlungsquelle 29 zugeordnet, die diesen während seiner Dunkelphasen, also wenn er von der Blendenanordnung 28 abgedeckt ist, mit einem kurzen IR-Strahlungsimpuls beaufschlagt.

Das Gehäuse 21, das den Meßempfänger 23 und den Referenzemp­ fänger 24 gegen den direkten Einfall von Sonnenlicht und IR- Strahlung von anderen, sich in der Nähe der Sitzbelegungser­ kennungseinrichtung 16 befindlichen Objekten, z. B. einer Ab­ lage 25, abschattet, weist ein Fenster auf, in dem ein opti­ sches Filter 26 angeordnet ist, das nur den Wellenlängenbe­ reich der einfallenden IR-Strahlung durchläßt, bei dem die vom Menschen emittierte IR-Strahlung im Verhältnis zur Stör­ strahlung am effektivsten ist.

Die Signalausgänge des Meßempfängers 23 und des Referenzemp­ fängers 24 sind mit der Signalverarbeitungsschaltung 20 ver­ bunden, welche die ihr vom Meßempfänger 23 und vom Referen­ zempfänger 24 zugeführten Signale verarbeitet, um festzustel­ len, ob der entsprechende Fahrzeugsitz 18 von einer Person 27 belegt ist oder nicht. Die Signalverarbeitungsschaltung 20 liefert an das Auslösegerät 12 der Aufprallerkennungsschal­ tung 10 ein Freigabesignal, daß anzeigt, ob die entsprechende Schutzeinrichtung 14 im Notfall zu betätigen ist oder nicht.

Um die Sitzbelegungserkennungseinrichtung 16 an den jeweili­ gen Einbauort im Fahrzeug anzupassen, wird der Abstand des Meßempfängers 23 von der Linse 22 so gewählt, daß ein Punkt P auf der optischen Achse OA nahe einem Bereich, in dem sich vorzugsweise der Kopf der auf dem zu überwachenden Fahrzeug­ sitz 18 sitzenden Person 26 befindet, auf den Meßempfänger 23 von der Linse 22 abgebildet wird. Für diesen Punkt P weist die in Fig. 3 dargestellte Empfangsempfindlichkeitskurve S(x) des Wärmestrahlungsfühlers 19 ein Maximum auf, da nur dieser Punkt P scharf auf den Meßempfänger 23 abgebildet wird.

Mit zunehmenden Abstand vom Punkt P, also mit zunehmenden Ab­ stand x vom Wärmestrahlungsfühler 19 werden die Punkte auf der optischen Achse OA immer mehr verschmiert, also immer un­ schärfer in die Empfangsebene E abgebildet, so daß die von weiter entfernt liegenden Bereichen ausgehende IR-Strahlung nur teilweise auf den Meßempfänger 23 trifft. Somit läßt sich anhand der Größe des Ausgangssignals des Meßempfängers 23 feststellen, ob sich eine Person 26 in dem überwachten Be­ reich befindet. Hierzu kann beispielsweise ein entsprechender Schwellwert festgelegt werden.

Außerdem weist der Wärmestrahlungsfühler 16 eine richtungsab­ hängige Empfangsempfindlichkeit auf, da durch die Linse 22 nur IR-Strahlung aus einem dem Öffnungsverhältnis der Linse 22 entsprechenden Winkelbereich um die optische Achse OA herum empfangen werden kann. Somit läßt sich durch den Aufbau des optischen Systems ein gewünschter Empfangs- oder Überwa­ chungsbereich in der Nähe des Punktes P festlegen.

Wird das erfindungsgemäße Insassenschutzsystem beim Betrieb des Fahrzeugs aktiviert, so wird der Meßempfänger 23 peri­ odisch von der von einer auf dem zu überwachenden Sitz be­ findlichen Person 27 ausgehenden IR-Strahlung bestrahlt und liefert ein im wesentlichen rechteckwellenförmiges Signal an die Signalverarbeitungsschaltung 20, die dann ein Freigabesi­ gnal dem Auslösegerät 12 zuführt. Zeigt das dem Auslösegerät 12 zugeführte Freigabesignal an, daß der entsprechende Fahr­ zeugsitz 18 belegt ist, so wird im Notfall das eine Person schützende Mittel 15 von der zugeordneten Auslöseeinrichtung 13 betätigt.

Befindet sich keine Person 27 auf dem zu überwachenden Sitz 18, so liefert der Meßempfänger 23 im wesentlichen ein Gleichsignal, das weitgehend dem Ausgangssignal des Referen­ zempfänger 24 entspricht, an die Signalverarbeitungsschaltung 20 und diese zeigt dem Auslösegerät 12 an, daß im Notfall keine Auslösung der entsprechenden Schutzeinrichtung 14 erforderlich ist.

Um insbesondere im Falle eines unbesetzten Sitzes 18 erkennen zu können, ob die Sitzbelegungserkennungseinrichtung 16 und insbesondere deren Empfängeranordnung fehlerfrei arbeitet, wird der Meßempfänger während der Dunkelphasen, also während er von der Blendenanordnung 28 abgeschattet ist, von der Re­ ferenzstrahlungsquelle 29 mit einem im Verhältnis zur Länge der Dunkelphase kurzen IR-Strahlungsimpuls beaufschlagt, und liefert daraufhin ein entsprechendes Impulssignal, das mit der Dunkelphase zusammen fällt. Dieses Selbsttest-Signal, das auch aufgrund seiner kurzen Länge vom eigentlichen Empfangs­ signal sicher unterschieden werden kann, zeigt den fehler­ freien Betrieb des Meßempfängers 23 an.

Auf diese Weise läßt sich mit Hilfe der Referenzstrahlungs­ quelle 29 und der entsprechend ausgelegten Signalverarbei­ tungsschaltung 20 eine Selbstüberwachung der Sitzbelegungser­ kennungseinrichtung 16 erreichen, so daß sichergestellt ist, daß ein fehlendes Ausgangssignal des Meßempfängers 23 während seiner Empfangsphasen auf einen nicht belegten Sitz zurückzu­ führen ist und nicht auf einen defekten Meßempfänger 23.

Wird ein defekter Meßempfänger 23 festgestellt, so liefert die Sitzbelegungserkennungseinrichtung 16 aus Sicherheits­ gründen ein einen belegten Sitz anzeigendes Freigabesignal an das Auslösegerät, so daß die entsprechende Schutzeinrichtung 14 im Falle eines gefährlichen Unfalls ausgelöst wird.

Die bei dem erfindungsgemäßen Insassenschutzsystem vorgesehe­ ne Sitzbelegungserkennungseinrichtung 16 erkennt also eine auf dem überwachten Fahrzeugsitz 18 sitzende Person 27 auf­ grund der von ihr ausgehenden IR-Strahlung, wenn sich diese Person in ihrer normalen Sitzposition befindet, da dann ihr Kopf nahe dem Punkt P der größten Empfangsempfindlichkeit S ist. Verändert die Person 27 jedoch ihre Sitzposition so, daß sie sich in einem kritischen Bereich befindet, in dem sie durch die Auslösung eines Airbags verletzt werden könnte, so verläßt sie dabei auch den Überwachungsbereich des Wär­ mestrahlungsfühlers 19, so daß die Sitzbelegungserkennungs­ einrichtung 16 dem Auslösegerät 12 einen unbelegten Fahrzeug­ sitz 18 anzeigt und damit eine Auslösung des Airbags im Falle eines gefährlichen Aufpralls verhindert.

Hierbei ist es in nicht dargestellter Weise möglich, mehrere Wärmestrahlungsfühler 19 an unterschiedlichen Einbauorten vorzusehen und an eine gemeinsame, dann zweckmäßigerweise beim Auslösegerät 12 befindliche Signalverarbeitungsschaltung 20 anzuschließen, welche die von den einzelnen Wärmestrah­ lungsfühlern gelieferten Signale verarbeitet.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Insassenschutzsy­ stem besteht darin, daß auch dann, wenn sich ein Kind in ei­ nem entgegengesetzt zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs eingebau­ ten Kindersitz auf dem überwachten Fahrzeugsitz befindet, ei­ ne Auslösung des eine Person schützenden Mittels 15 verhin­ dert wird.

Claims (10)

1. Insassenschutzsystem für Fahrzeuge zur Personenbeförde­ rung,
mit einer Aufprallerkennungseinrichtung zum Feststellen eines gefährlichen Aufpralls des Fahrzeugs,
mit wenigstens einer einem bestimmten Sitzplatz im Fahr­ zeug zugeordneten Schutzeinrichtung, die zumindest ein eine Person im Falle eines gefährlichen Aufpralls schüt­ zendes Mittel und eine diesem zugeordnete Auslöseein­ richtung umfaßt, der von der Aufprallerkennungseinrich­ tung ein Auslösesignal zuführbar ist, und
mit einer eine auf dem bestimmten Sitzplatz befindliche Person feststellenden Sitzbelegungserkennungseinrich­ tung, die ein dem bestimmten Sitzplatz zugeordnetes Freigabesignal an die Aufprallerkennungseinrichtung lie­ fert, wenn der entsprechende Sitzplatz im Fahrzeug von einer Person belegt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sitzbelegungserkennungseinrichtung (16) einen Wärmestrahlungsfühler (19) umfaßt.

2. Insassenschutzsystem nach Anspruch, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmestrahlungsfühler (19) eine entfer­ nungsabhängige Empfangscharakteristik (S (x)) aufweist.

3. Insassenschutzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmestrahlungsfühler (19) einen er­ sten Infrarotempfänger als Meßempfänger (23) aufweist, dem eine optische Abbildungseinrichtung (22) zugeordnet ist, die einen Überwachungsbereich auf den Meßempfänger (23) abbildet.

4. Insassenschutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmestrahlungsfühler (19) neben dem Meßempfänger (23) einen zweiten nicht bestrahlten Infra­ rotempfänger als Referenzempfänger (24) zur Kompensation des Eigenrauschens und der Eigentemperatur umfaßt.

5. Insassenschutzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrah­ lungsfühler (19) auf die vom Menschen ausgesandte Infra­ rot-Strahlung abgestimmt ist.

6. Insassenschutzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das der Wärmestrahlungsfühler (16) ein op­ tisches Filter (26) aufweist, das nur den Wellenlängen­ bereich der vom Menschen ausgesandte Infrarot-Strahlung durch läßt, vorzugsweise nur einen Teilbereich davon durch läßt, in dem das Signal-Rausch-Verhältnis mög­ lichst groß ist.

7. Insassenschutzsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahlungsfühler (19) als Infrarotempfänger (23, 24) einen pyroelektri­ sche Infrarotempfänger umfaßt, der vorzugsweise zwei gleiche Elemente aufweist, die als Meßempfänger (23) bzw. als Referenzempfänger (24) dienen.

8. Insassenschutzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmestrah­ lungsfühler (19) eine Signalverarbeitungsschaltung (20) zugeordnet ist, die das Freigabesignal ausgibt.

9. Insassenschutzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzbelegungs­ erkennungseinrichtung mehrere Wärmestrahlungsfühler (19) aufweist, deren Ausgangssignale einer gemeinsamen Si­ gnalverarbeitungsschaltung (20) zugeführt sind.

10. Insassenschutzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Selbstüberwa­ chung der Sitzbelegungserkennungseinrichtung (16) eine den Meßempfänger (23) mit IR-Strahlungsimpulsen beauf­ schlagende Referenzstrahlungsquelle (29) vorgesehen ist, die mit einer den Meßempfänger (23) periodisch abschat­ tenden Blendenanordnung (28) synchronisiert ist.