DE19741393A1 - Vorrichtung zur Erfassung der Haltung eines Fahrzeuginsassen in einem Automobil - Google Patents
Vorrichtung zur Erfassung der Haltung eines Fahrzeuginsassen in einem AutomobilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Haltung eines Fahrzeuginsassen in
einem Automobil.
Seit einiger Zeit werden Automobile oft mit allgemein als Airbag bezeichneten Luftsäcken
ausgestattet, die als Sicherheitseinrichtung zur Vermeidung eines Stoßes oder Schocks bei einer
Kollision schlagartig aufgeblasen werden.
Fig. 21 zeigt schematisch ein Beispiel eines bekannten Systems zur Steuerung des Aufblasens
eines Airbags. In der Figur ist mit 30 ein Airbag bezeichnet, mit 31 beispielsweise ein Beschleu
nigungssensor, mit 32 ein UND-Glied und mit 33 eine Treibereinrichtung. In der Schnalle eines
Sicherheitsgurts ist ein Schalter vorgesehen, der zu betätigen ist, wenn ein Fahrzeuginsasse sich
anschnallt oder den Sicherheitsgurt umlegt, oder es ist im Bereich des Armaturenbretts des
Automobils ein Infrarotsensor vorgesehen. Das Ausgangssignal 37 des Schalters oder des
Infrarotsensors dient zur Erzeugung eines die Anwesenheit des Fahrzeuginsassen anzeigenden
Signals. Der Airbag 30 wird aufgeblasen, wenn das UND-Glied 32 dieses die Anwesenheit des
Fahrzeuginsassen anzeigende Signal zusammen mit einem von dem Beschleunigungssensor 31
erzeugten Unfallsignal erhält und das logische Produkt (die UND-Verknüpfung) dieser beiden
Signalen herstellt. Die ausgezogene Linie deutet den in einer Verkleidung angeordneten Airbag
30 an, während die gestrichelte Linie den aufgeblasenen Airbag 30 andeutet.
Bei dieser bekannten Anordnung, bei der der Airbag im Fall eines Unfalls bei Vorhandensein eines
Fahrzeuginsassen auf jeden Fall aufgeblasen wird, ergibt sich ein neues Problem dadurch, daß
abhängig von der Haltung des Fahrzeuginsassen durch das Aufblasen des Airbags ein weiterer
Unfall verursacht werden kann.
Spezielle Beispiele dieser Situation sind in Fig. 22 gezeigt. Fig. 22(a) zeigt einen Fahrzeugin
sassen 2, der nach vorn gelehnt auf einem Sitz sitzt, während Fig. 22(b) einen Fahrzeuginsassen
2A zeigt, bei dem es sich beispielsweise um ein kleines Kind oder ein Baby handelt, das auf
einem der Fahrtrichtung des Automobils 3 entgegengesetzten Kindersitz 5 sitzt. Wenn in diesen
Fällen der Airbag im Fall einer Kollision aufgeblasen wird, kann der Insasse 2 oder das kleine Kind
oder Baby 2A durch das Aufblasen des Airbags einen Schlag erhalten, der möglicherweise zu
einer ernsthaften Gefährdung führt. Wenn sich der Insasse in einer normalen, sicheren Position
befindet, wie in Fig. 23 gezeigt tritt, wenn der Airbag aufgeblasen wird, hierdurch keine
Gefährdung ein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung der Haltung eines
Fahrzeuginsassen in einem Automobil zu schaffen derart, daß das Aufblasen eines Airbags in
dem Automobil abhängig von der erfaßten Haltung so steuerbar ist, daß eine Gefährdung
aufgrund des Aufblasens des Airbags vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen anhand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips zur Messung von Entfernungen,
Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen Sensorzeilen, die bei
dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 verwendet werden, und den Gesichtsfeldern,
Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung einer Korrelationsberechnung, die zur Messung von
Entfernungen verwendet wird,
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Unterteilung eines Gesichtsfeldes in mehrere
Teilgesichtsfelder,
Fig. 6 eine der Erläuterung dienende Ansicht eines Beispiels der Entfernungsverteilung eines
Fahrzeuginsassen in bezug auf jedes Gesichtsfeld,
Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung verschiedener Haltungen des Fahrzeuginsassen,
Fig. 8 eine schematische Darstellung, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt,
Fig. 9 eine Ansicht zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen Sensorzeilen, die bei dem
Ausführungsbeispiel von Fig. 8 verwendet werden, und entsprechenden Gesichtsfel
dern,
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 11 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 12 eine Darstellung spezieller Beispiele eines Insassensensors, der bei dem Ausführungs
beispiel von Fig. 11 verwendet wird,
Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 14 eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Hilfslichtquelle,
Fig. 15 eine schematische Ansicht eines anderen Beispiels einer Hilfslichtquelle,
Fig. 16 eine Ansicht zur Erläuterung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 17 eine Ansicht zur Erläuterung eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 18 eine Ansicht zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen einem Sitz, einem
Fahrzeuginsassen und Gesichtsfeldern,
Fahrzeuginsassen und Gesichtsfeldern,
Fig. 19 eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines achten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
Fig. 20 eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Ausgangssignals
des Sensors in Fig. 19,
Fig. 21 eine schematische Ansicht eines Beispiels einer bekannten Vorrichtung zum Aufblasen
eines Airbags,
Fig. 22 eine Darstellung zur Erläuterung gefährlicher Haltungen von Fahrzeuginsassen, wenn
ein Airbag aufgeblasen wird, und
Fig. 23 eine Darstellung eines Fahrzeuginsassen in normaler Haltung.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Bild eines Fahrzeuginsassen 2 von einem Insassensen
sor 1 erzeugt, der in bezug auf den Insassen 2 vier lineare Gesichtsfelder R1, R2, R3 und R4
definiert und Ausgangssignale erzeugt, die mehrere, den jeweiligen Gesichtsfeldern entsprechen
de Abschnitte des Insassen repräsentieren. Eine Verarbeitungseinheit 101, die eine Einrichtung
103 zur Ermittlung einer Entfernungsverteilung und eine Erkennungseinrichtung 102 enthält,
verarbeitet die Ausgangssignale des Insassensensors, indem sie die Entfernungen von dem
Sensor zu jeweiligen Abschnitten des Insassen innerhalb des jeweiligen linearen Gesichtsfeldes
mißt und ein Muster der Entfernungsverteilung gewinnt. Die Haltung des Fahrzeuginsassen wird
durch Vergleich dieses Musters mit Modellmustern bestimmt, die zuvor in der Verarbeitungsein
heit 101 gespeichert wurden. Auf diese Weise läßt sich nicht nur feststellen, ob ein Insasse
vorhanden ist, sondern auch seine/ihre Haltung ermitteln und das Aufblasen eines Airbags 104
nach Maßgabe der Präsenz und der Haltung des Insassen steuern.
Das Entfernungsmeßprinzip wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.
Ein Koordinatensystem mit der horizontalen Achse X und der vertikalen Achse Y liegt mit seinem
Ursprung O in der Mitte zwischen zwei Abbildungslinsen 21 und 22. Auf der einem Objekt Ob
abgewandten Seite der Abbildungslinsen befinden sich im Abstand der Brennweite f von diesen
Lichtsensoranordnungen oder 11 bzw. 12 (nachfolgend als "Sensorzeilen" bezeichnet). Die
Koordinaten des Mittelpunkts OL der Abbildungslinse 22 ergeben sich dabei zu (-B/2, 0) und
diejenigen des Mittelpunkts OR der Abbildungslinse 21 zu (B/2, 0). Wenn die Koordinaten eines
Punkts M an dem Objekt Ob (Subjekt) mit (-x, y) angenommen werden, ergeben sich die
Koordinaten des Fußpunkts N des Lots von dem Punkt M auf die X-Achse zu (-x, 0), die
Koordinaten eines Punkts L₀, an dem eine zur Y-Achse parallele Linie durch den Mittelpunkt OL
die Sensorzeile 12 schneidet, zu (-B/2, -f) und die Koordinaten eines Punkts R₀, an dem eine zur
Y-Achse parallele Linie durch den Mittelpunkt OR die Sensorzeile 11 schneidet, zu (B/2, -f). Es
braucht nicht mehr erwähnt zu werden, daß B der Abstand zwischen den Mittelpunkten OL und
OR der Abbildungslinsen 21, 22 ist.
In der beschriebenen Anordnung wird der Punkt M auf einen Abbildungspunkt L₁ der Sensorzeile
12 und einen Abbildungspunkt R₁ der Sensorzeile 11 abgebildet. Die Koordinaten der Abbil
dungspunkte L₁ und R₁ ergeben sich zu (-aL-B/2, -f) bzw. (aR+B/2, -f). Wie in Fig. 2 dargestellt,
bezeichnet aL den Abstand zwischen den Punkten L₀ und L₁, während aR den Abstand zwischen
den Punkten R₀ und R₁ bezeichnet.
Da ΔMOLN und ΔOLL₁L₀ ähnliche Dreiecke sind und ΔMORN und ORR₁R₀ ebenfalls ähnliche
Dreiecke sind, gelten die folgenden Gleichungen:
(-x + B/2)f = aL · y (1)
(x + B/2)f = aR · y (2)
(x + B/2)f = aR · y (2)
Aus den Gleichungen (1) und (2) leitet sich die nachstehende Gleichung (3) für die Entfernung y
ab:
y = B · f/(aL + aR) = B · f/p · x (3)
Hierin sind:
y: Objektentfernung
B: Basislänge des optischen Systems
f: Brennweite der Linsen
aL, aR: Bildverschiebungslänge (Entfernungsmaß)
p: Sensorrasterabstand
x: Bildverschiebungszahl.
B: Basislänge des optischen Systems
f: Brennweite der Linsen
aL, aR: Bildverschiebungslänge (Entfernungsmaß)
p: Sensorrasterabstand
x: Bildverschiebungszahl.
Wenn der Abstand aL zwischen der Abbildungsposition L₁ der linken Sensorzeile 12 und dem
Punkt L₀ sowie der Abstand aR zwischen der Abbildungsposition R₁ der rechten Sensorzeile 11
und dem Punkt R₀ bekannt sind, läßt sich der Abstand y zwischen dem Koordinatenursprung O
und dem Objekt (bzw. dem Punkt M des Objekts) anhand von Gleichung (3) errechnen.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Insassensensors 1 zur Benutzung bei dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 1. Bei diesem Sensor 1 sind ein mehrstufiger lichtempfindlicher IC 10 (IC = Integrated
Circuit bzw. integrierter Schaltkreis) und die Abbildungslinsen 21, 22 zu einer Einheit integriert.
Der IC 10 umfaßt vier Paare von Sensorzeilen. Obwohl jede beliebige Anzahl von Sensorzeilen
paaren verwendet werden kann, wird bei diesem Beispiel eine vierstufige Anordnung mit vier
Sensorzeilenpaaren eingesetzt, um eine Mehrzahl linearer Gesichtsfelder R1, R2, R3, R4 zu
definieren.
Zur Bestimmung der oben erwähnten relativen Verschiebung bzw. des relativen Versatzes
zwischen zwei Bildern dient die folgende in der DE 41 211 145 C2 offenbarte Korrelationsbe
rechnung.
Wie nachfolgend beschrieben, wird die Verteilung von Entfernungen, die mittels des in Fig. 3
gezeigten Sensors 1 erhalten wird, durch diskrete Werte dargestellt. Die Ausgangssignale der
einzelnen Sensorelemente bzw. Fotodioden beider Sensorzeilen 11 und 12 werden beispiels
weise in 8 Bit Digitalsignale konvertiert und in einem Speicher gespeichert.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird von den gespeicherten Daten ein Paar Sätze quantisierter Daten
A₁-An bzw. B₁-Bn ausgewählt, die ein Paar von Teilgesichtsfeldern 111, 112, je umfassend n
Sensorelemente, der Sensorzeilen 11 bzw. 12 repräsentieren. Zum Erhalt der nachfolgend als
Entfernungsmaß bezeichneten Summe aL + aR für die Entfernung von der Vorderfläche des
Sensors zu dem Objekt, das unter einem bestimmten Winkel zu der Vorderfläche geneigt ist
(dem Winkel, der von der Y-Achse und der Linie eingeschlossen wird, die das Objekt mit den
Koordinaten des Punkts M in Fig. 2 mit dem Ursprung O verbindet) werden die beiden Daten
sätze (Teilgesichtsfelder) A₁-An und B₁-Bn in m + 1 Teildatensätze oder Abtastfenster W₁-Wm+1
mit je w (w < m) Sensordaten unterteilt, wie in Fig. 4 gezeigt. Daraus werden m + 1 Teildaten
satzpaare C₀-Cm gebildet, deren Teildatensätze jeweils abwechselnd um ein Sensorelement (1
Bit) verschoben sind. Zur Ermittlung der Korrelation zwischen den Daten der beiden Teildaten
sätze jedes Teildatensatzpaares Ck (0 k m), wird für jedes Teildatensatzpaar Ck eine Korrela
tionsfunktion f(Ck) berechnet. Diese Korrelationsfunktion ist die Summe der Absolutwerte der
Differenzen zwischen einander entsprechenden Datenwerten in den beiden Teildatensätzen des
jeweiligen Teildatensatzpaares, z. B.
f(C₀) = |A₁-Bn-w+1| + . . . + |Aw-Bn|;
f(C₁) = |A₂-Bn-w+1| + . . . + |Aw+1-Bn|.
Die Korrelation zwischen den Daten der beiden Teildatensätze desjenigen
Teildatensatzpaares Ck ist am größten, für das diese Korrelationsfunktion den kleinsten Wert
ergibt. Da die Korrelation zweier Bilder von Abtastfenstern mit geringer werdendem Wert der
Korrelationsfunktion zunimmt, wird das Maß x der Verschiebung von rechtem und linkem Bild
auf der Grundlage des Indexes k berechnet. Auf diese Weise erhält man einen Entfernungsindex
proportional zu aL + aR aus Gleichung (3).
Wie in Fig. 5 gezeigt werden die Daten jeder Sensorzeile in mehrere (1 bis n) der erwähnten
Teilgesichtsfelder 111, 112 unterteilt, wobei die einzelnen Teilgesichtsfelder bzw. die sie
repräsentierenden Datensätze sukzessive jeweils um 1 Bit gegeneinander verschoben sind. Die
Gesichtsfeldneigungswinkel Θ werden in sehr kleinen Schritten geändert. Durch dieses Abtasten
von Teilgesichtsfeldern erfaßt der Sensor kleinste Kontraste einer Objektoberfläche. FS in Fig. 5
deutet die Abtastfensterverschiebung, TGS die Teilgesichtsfeldverschiebung an.
Die Ausgabe des in Fig. 3 gezeigten Sensors 1 wird von der Verarbeitungseinheit 101 verarbei
tet, um dadurch die Entfernung zu jedem Abschnitt (entsprechend einem jeweiligen Teilgesichts
feld) des Insassen innerhalb des jeweiligen linearen Gesichtsfeldes zu messen.
Wenn der in Fig. 3 gezeigte Sensor 1 benutzt wird, um die Gesichtsfelder R1-R4 bezüglich des
Insassen 2 gemäß Darstellung in Fig. 1 einzustellen, ergibt sich beispielsweise für die einzelnen
Gesichtsfelder R1, R2, R3, R4 eine Entfernungsverteilung, wie sie in Fig. 6(a) dargestellt ist. Fig.
6(a) zeigt jeweils die Entfernung vom Sensor über der Position entlang der Sensorzeile für die
Gesichtsfelder R1, R2, R3 bzw. R4. Wenn sich der Insasse dagegen gemäß Darstellung in Fig.
7(a) nach vorn lehnt, dann ergibt sich die Entfernungsverteilung, wie sie in Fig. 6(b) dargestellt
ist, wo wiederum für die einzelnen Gesichtsfelder R1, R2, R3 bzw. R4 die Entfernung über der
Position entlang der jeweiligen Sensorzeile dargestellt ist. Da die Entfernungen mittels der
jeweiligen Sensorzeilen diskret gemessen werden, werden die gemessenen Entfernungen für
jedes Gesichtsfeld gemäß Darstellung in den Figuren durch diskrete oder diskontinuierliche Werte
repräsentiert.
Wenn ein Insasse auf einem Kindersitz 5 sitzt, wie in Fig. 7(b) gezeigt oder im Bereich eines
Armaturenbretts steht, wie in Fig. 7(c) gezeigt, ergeben sich der jeweiligen Haltung entspre
chende Entfernungsverteilungen. Wenn daher Daten für jede Haltung des Insassen als Modellmu
ster vorab bereitgestellt und beispielsweise in der Verarbeitungseinheit 101 gespeichert werden,
kann die Haltung des Insassen durch Vergleich eines Musters der ermittelten Entfernungsvertei
lung mit den in der Verarbeitungseinheit gespeicherten Modellmustern ermittelt werden.
In der letzten Zeit sind manchmal Unfälle aufgetreten, wo ein Insasse einen Teil des Körpers aus
dem Dach eines mit einem Schiebedach oder dergleichen versehenen Automobils herausstreckte.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit
dem ersten Ausführungsbeispiel kombiniert werden kann, zeigt und sich auf diese Situation
bezieht. Dabei ist ein den Insassensensor 1 enthaltendes Detektorsystem in der in der Figur
gezeigten Anordnung vorgesehen, um eine Warnung abzugeben, bevor solch ein Unfall auftritt.
Wenn der Sensor 1 mehrere Sensorzeilenpaare enthält, kann ein Sensorzeilenpaar (R4) dazu
benutzt werden, die Position an einer gewissen Höhe des Automobils zu überwachen. Wenn
diese Sensorzeile einen Insassen 2A gemäß Darstellung in Fig. 8 feststellt, wird entschieden, daß
ein Teil des Körpers des Insassen oberhalb des Fahrzeugdachs erscheint, und eine Warnung
abgegeben.
Fig. 9 zeigt ein spezielles Beispiel eines bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten optischen
Systems. Wie bei dem Sensor 1 in Fig. 3 enthält der Sensor einen mehrstufigen lichtempfindli
chen IC 10 mit vier Sensorzeilenpaaren, der mit Abbildungslinsen 21, 22 zu einer Einheit inte
griert ist, sowie einen Schwenkspiegel 6 zur Umlenkung eines Bildes des Insassen beispielsweise
von dem Gesichtsfeld R4 zu dem Sensor. Die Bezugszahlen 4, 4A bezeichnen Hilfslichtquellen
für die Detektion in dunkler Umgebung (beispielsweise bei nächtlicher Dunkelheit).
Fig. 10 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei
diesem Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel der Anwendung der Sensorausgabe erläutert. Fig.
10(a) zeigt den Zusammenhang zwischen einem Insassen 2 und einem Insassensensor 1, und
Fig. 10(b) zeigt die Entfernungsverteilung für den Teil des Körpers des Insassen innerhalb der
einzelnen Gesichtsfelder R1-R4, wenn der Insasse die in ausgezogener Linie in Fig. 10(a)
gezeigter Haltung einnimmt. Fig. 10(c) zeigt zusätzlich zu der schon in Fig. 10(b) gezeigten
Entfernungsverteilung die Entfernungsverteilung (gepunktet) für den Fall, daß der Insasse die in
Fig. 10(a) gestrichelt gezeichnete Haltung einnimmt. In einem solchen Fall kann die Beschleuni
gung des Insassen dadurch ermittelt werden, daß die Änderungsrate die Differenz zwischen
diesen Entfernungsverteilungen pro Zeiteinheit berechnet wird. Dementsprechend ist ein
Beschleunigungssensor wie er in Fig. 21 gezeigt ist, nicht länger erforderlich, womit die Kosten
reduziert werden können.
Fig. 11 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Während der in Fig. 3
gezeigte Insassensensor 1 mit vier Sensorzeilenpaaren versehen ist, die jeweils Bilder eines
Insassen von vier Gesichtsfeldern R1-R4 empfangen, umfaßt der Insassensensor 1A des
Ausführungsbeispiels von Fig. 11 einen einstufigen lichtempfindlichen IC 10A mit nur einem
Sensorzeilenpaar und Abbildungslinsen 21, 22 zur Aufnahme von Bildern eines Insassen von
mehreren Gesichtsfeldern (vier Gesichtsfeldern R1-R4 bei diesem Ausführungsbeispiel). Um die
Bilder des Insassen von mehreren Gesichtsfeldern auf das einzige Sensorzeilenpaar zu lenken,
sind ein halbdurchlässiger Spiegel 7, ein Galvano-Spiegel 8 und ein Spiegelantrieb 9 vorgesehen
derart, daß der Galvano-Spiegel 8 zur sukzessiven Abtastung der Gesichtsfelder mittels des
Spiegelantriebs 9 drehbar ist. Mit 4 ist wieder eine Hilfslichtquelle bezeichnet. Der halbdurchläs
sige Spiegel 7 reflektiert einen von der Hilfslichtquelle 4 emittierten Lichtstrahl zum Galvano-
Spiegel 8, während er einen vom Galvano-Spiegel 8 kommenden Lichtstrahl zum lichtempfindli
chen IC 10A hindurchläßt.
Fig. 12 zeigt ein spezielles Beispiel des bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 11 verwendeten
Insassensensors 1A. Bei dem Beispiel von Fig. 12 sind der einstufige lichtempfindliche IC 10A
und die Linsen 21, 22 in einem Gehäuse 23 angeordnet. Diese Anordnung kann jedoch zu einer
Vergrößerung des Sensors und zur Erhöhung von dessen Kosten führen.
Daher können die Linsen 21, 22 integral auf einer Lichtempfangsfläche des ICs 10B aus Harz
ausgebildet werden, wie in Fig. 12(b) gezeigt, um dadurch die Anzahl der Teile sowie Größe und
Kosten des Sensors zu verringern. Vorzugsweise wird eine Abschirmungsbeschichtung auf
unwirksamen oder ungenutzten Teilen der Linsen 21, 22 aufgebracht um zu verhindern, daß die
Linsen 21, 22 Streulicht aufnehmen (Licht, das von einem in einer entgegenkommenden Spur
fahrenden Automobil oder von einem hinter dem betroffenen Automobil fahrenden Automobil
stammt).
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zeitsteuergeneratorschaltung 17 in
Verbindung mit einer Hilfslichtquelle 4 vorgesehen und dazu ausgebildet, ein Ausgangssignal
eines Beschleunigungssensors 31 als Triggersignal an die Hilfslichtquelle 4 zu geben, um letztere
zur Emission von Licht hoher Intensität zu veranlassen. Wenn die Hilfslichtquelle 4 normaler
weise Licht geringer Intensität (geringer Helligkeit) abstrahlt, damit ihre Lebensdauer nicht
verkürzt wird, verringert sich infolge der geringen Lichtintensität die Genauigkeit der Entfer
nungsmessung. Wenn daher von dem Beschleunigungssensor 31 eine bestimmte Beschleuni
gung gleich oder größer als die von einer Fahrzeugkollision verursachte ist, wird das Ausgangs
signal des Sensors 31 über die Zeitsteuergeneratorschaltung 17 an die Hilfslichtquelle 4
angelegt um diese zur Abgabe von Licht hoher Intensität (hoher Helligkeit) zu veranlassen und
dadurch eine Verringerung der Genauigkeit bei der Entfernungsmessung zu vermeiden.
Da die oben beschriebene Hilfslichtquelle hauptsächlich bei Nacht verwendet wird, wenn nur
wenig Umgebungslicht vorhanden ist, ist es wünschenswert, daß die Lichtquelle in der Lage ist,
eine große Menge bzw. ein starkes Hilfslicht zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann ein Schlitz
platte 42 zwischen einer Leuchtdiode 41 und einer Linse 44 angeordnet werden, wie beispielhaft
in Fig. 14 gezeigt, so daß das die Schlitzplatte 42 durchsetzende Licht ein streifenförmiges
Muster P bildet. Die Bezugszahl 43 in Fig. 14 bezeichnet ein Gehäuse.
Bei dieser Anordnung ergibt sich jedoch eine erhöhte Teilezahl sowie Zeit und Aufwand zum
Zusammenfügen dieser Teile.
Zur Lösung dieses Problems kann gemäß Darstellung in Fig. 15 die Hilfslichtquelle von einer
Laserdiode 45 und einem Hologramm 46 gebildet werden. Die so aufgebaute Lichtquelle ist in
der Lage Hilfslicht hoher Intensität zu erzeugen, und zwar mit erhöhtem Nutzungsgrad einer
gegebenen Lichtmenge, wodurch eine verbesserte Meßgenauigkeit sichergestellt wird.
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Der Insassensensor 1 dieses Ausführungsbeispiels ist so aufgebaut, daß ein
einstufiger lichtempfindlicher IC 10C bestehend aus einem Sensorzeilenpaar 11R, 12L und eine
Linseneinheit 13 als Einheit in einem Gehäuse 15 ausgebildet sind. Dabei ist jede Sensorzeile 11,
12 des ICs 10C durch Abschirmungsplatten 14 in vier Zonen unterteilt, wie in Fig. 16(b) gezeigt,
so daß mehrere (vier) Gesichtsfelder A(A1, A0, A2), B(B1, B0, B2), C(C1, C0, C2), D(D1, D0,
D2) geschaffen werden, und für jede Zone der Sensorzeilen eine jeweilige Linse AL, AR, BL, BR,
CL, CR, DL, DR vorgesehen ist, wie in Fig. 16(a) gezeigt. Bei dieser Anordnung können von jeder
der Sensorzeile 11, 12 vier Gesichtsfelder A, B, C und D gebildet werden. Das bedeutet, daß ein
einziges Sensorzeilenpaar Bilder eines Subjekts (Insassen) von vier Gesichtsfeldern A, B, C, D
ohne Abtasten des Subjekts wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 11, erzeugen kann.
Zur Steuerung des Aufblasens eines Airbags ist es wünschenswert, nicht nur die Präsenz eines
Fahrzeuginsassen und ihre/seine Haltung, sondern auch das Gewicht des Insassen (zur Unter
scheidung zwischen einem Erwachsenen und einem Kind sowie zwischen einem Mann und einer
Frau) zu berücksichtigen. In diesem Fall kann das Gewicht des Insassen mittels eines Gewichts
meßsensors gemessen werden, wie etwa eines Drucksensors. Das Vorsehen solch eines Sensors
wird jedoch die Kosten des Steuersystems insgesamt erhöhen. Daher wird bei dem folgenden
Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Paaren linearer Sensorzeilen jeweils mit einer Mehrzahl
von Sensorelementen zur Messung des Gewichts eines Insassen sowie der Präsenz und der
Haltung des Insassen in dem Automobil verwendet, um die Kosten des Steuersystems zu
verringern.
Fig. 17 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das hinsicht
lich des vorgenannten Punkts entwickelt wurde. Fig. 18 zeigt den Zusammenhang zwischen
einem Fahrzeugsitz bzw. der Insassen und den Gesichtsfeldern, die den graphischen Darstellun
gen in Fig. 17 entsprechen. Die Fig. 18(a), (b) und (c) sind perspektivische Ansichten eines
Sitzes ohne Insassen, mit einem Insassen in normaler Haltung bzw. mit einem Insassen in
vorgebeugter Haltung. Die Fig. 18(a)′, (b)′ und (c)′ zeigen jeweils die entsprechende Seitenan
sicht.
Der Insassensensor 1 ist an einer zentralen Stelle an der Decke des Fahrzeugs angebracht, wie
dies bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 der Fall ist, um horizontale Gesichtsfelder in bezug
auf den Fahrzeugsitz zu definieren und Entfernungsverteilungsdaten für jedes Gesichtsfeld zu
erhalten. Insbesondere ist der Sensor 1 dazu ausgelegt den Unterleibsbereich (den Teil unter der
Taille des Insassen) zu erfassen, um das Gewicht des Insassen zu ermitteln.
Fig. 17(a) zeigt die Entfernungsverteilungsdaten, wenn kein Insasse in dem Sitz sitzt. Fig. 17(b)
zeigt die Entfernungsverteilungsdaten, wenn der Insasse in normaler Haltung sitzt, und Fig. 17(c)
zeigt die Entfernungsverteilungsdaten, wenn der Insasse eine nach vorn gelehnte Haltung
einnimmt. Die Ordinate in diesen Diagrammen gibt die Entfernung von dem Sensor an, während
die Abszisse die Position innerhalb des jeweiligen Gesichtsfeldes wiedergibt.
Die Präsenz und die Haltung des Fahrzeuginsassen werden auf der Grundlage der Entfernungs
verteilungsdaten für jedes Gesichtsfeld in der oben beschriebenen Weise bestimmt. Im folgenden
wird daher nur ein Verfahren zur Ermittlung des Gewichts des Passagiers erläutert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel überwacht der Sensor 1 den Teil des Sitzes, der unterhalb der
Taille des Insassen liegt, und ist somit in der Lage, den Unterleibsbereich des Insassen zu
untersuchen, selbst wenn er/sie in gewissem Ausmaß nach vorn gelehnt ist, indem den Daten
des Gesichtsfeldes R2 in Fig. 17(b), (c) Aufmerksamkeit geschenkt wird. Das heißt Entfer
nungsverteilungsdaten, die einen Sitz ohne Insassen repräsentieren sind strichpunktiert darge
stellt, während tatsächliche Entfernungsverteilungsdaten durch diskrete Punkte dargestellt sind
(die die Entfernung von dem Sensor repräsentieren), wie in den Fig. 17(b), (c) gezeigt, so daß
man ein Profil (bzw. einen Querschnitt) des Unterleibsbereichs des Insassen erhält. Die Statur,
etwa eine große Statur oder eine kleine Statur, des Insassen läßt sich aus der Breite W des
Profils ihres/seines Unterleibsbereichs ableiten und die fette, normale oder schlanke Figur (Grad
der Korpulenz) läßt sich aus dieser Information bezüglich der Statur und der Dicke d des Profils
des Unterleibsbereichs ableiten.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden statistische Daten des Gewichts in Relation
zur Breite W und Dicke d des Profils des Unterleibsbereichs vorab vorbereitet und in einem
bestimmten Speicher gespeichert, so daß das Gewicht auf der Basis der gespeicherten statisti
schen Daten bestimmt werden kann, nachdem die Breite W und die Dicke d des Profils des
Unterleibsbereichs erhalten wurden. Obwohl das Gewicht nur als allgemeiner Wert repräsentiert
sein mag, reicht dieses Verfahren bei praktischen Anwendungen aus, wenn zahlreiche statisti
sche Daten gesammelt werden.
Bei dem Insassensensor von Fig. 12 wird auf die Teile der Linsen 21, 22, bei denen es sich nicht
um wirksame Teile handelt, eine Abschirmungsbeschichtung aufgebracht, um Fehlfunktionen des
Sensors zu verhindern, die von sogenanntem Streulicht von Automobilen auf der entgegenkom
menden Spur oder hinter dem in Frage stehenden Automobil ausgehen. Es gibt jedoch viele
Situationen, bei denen Einflüsse des Streulichts nicht ausreichend ausgeschaltet werden können.
Dieses Problem kann in einer nachfolgend beschriebenen Weise gelöst werden. Fig. 19 ist eine
schematische Ansicht, die ein entsprechendes weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein optischer Sensor 1 und eine Hilfslichtquelle 4 in der
Nähe der Decke eines Automobils 3 vorgesehen derart, daß ein Bild eines Insassen 2 von dem
optischen Sensor 1 gebildet wird. Bei dieser Anordnung können Lichtstrahlen 3A, 3B von einem
Automobil 35, das auf der entgegengesetzten Spur fährt, oder einem Automobil 36, das hinter
dem Automobil 3 fährt, den optischen Sensor 1 als Streulicht erreichen. Gemäß einer Ausfüh
rungsform der Erfindung wird daher die Ausgabe des optischen Sensors 1 in nachfolgend
beschriebener Weise verarbeitet, wobei eine nicht dargestellte Verarbeitungseinheit verwendet
wird, um die Einflüsse des Streulichts auszuschalten. Fig. 20 zeigt ein Beispiel des Verarbei
tungsverfahrens.
Wenn das Hilfslicht zur Beleuchtung des Subjekts von der Hilfslichtquelle 4 mit der in Fig. 20(b)
gezeigten Zeitsteuerung abgestrahlt wird, erzeugt der optische Sensor 1 Signale, wie sie in Fig.
20(c) gezeigt sind und die mittels der Verarbeitungseinheit gemäß Darstellung in Fig. 20(d)
gemittelt werden. Dabei ist der Mittelwert von drei Signalen A1, A2, A3 durch dargestellt.
Fig. 20(a) zeigt das Streulicht.
In ähnlicher Weise werden, wenn sich die Hilfslichtquelle im Ausschaltzustand befindet, drei
Ausgangssignale a1, a2, a3 des optischen Sensors erhalten und von der Verarbeitungseinheit zu
dem Mittelwert verarbeitet.
Danach werden die Ausgangssignale B, C und b, c des optischen Sensors erhalten, wenn sich
die Hilfslichtquelle im Einschaltzustand bzw. im Ausschaltzustand befindet und durch die
Verarbeitung entsprechende Mittelwerte , und , gewonnen. Dann werden die Differen
zen zwischen den Mittelwerten und , und sowie und gebildet, wie in Fig. 20(e)
gezeigt. Als Folge dieser Schritte kann Bildaufnahmeinformation frei von Streulichteinflüssen
dadurch erhalten werden, daß eine Zunahme der Lichtmenge infolge des Streulichts subtrahiert
wird und dadurch die Einflüsse des sich gemäß Darstellung in Fig. 20(a) mit der Zeit ändernden
Streulichts eliminiert werden. Darüber hinaus können die Streulichteinflüsse wirksam selbst in
dem Fall eliminiert werden, wo Störungen (siehe Spitzen D1, D2 in Fig. 20(a)) mit einer kürzeren
Frequenz als der der Änderungen der Streulichtmenge auftreten.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das Zeitintervall zur Erfassung des Bildes
bei eingeschalteter Hilfslichtquelle und das Zeitintervall zur Erfassung des Bildes bei ausgeschal
teter Hilfslichtquelle jeweils ausreichend kürzer als die Zeit oder Dauer, innerhalb derer sich das
Streulicht ändert. Während bei dem oben beschriebenen Beispiel eine Mittelwertverarbeitung
durchgeführt wird, ist es auch möglich Differenzen zwischen den Summen der Vielzahl aufeinan
derfolgender Ausgangssignale des optischen Sensors bei eingeschalteter Lichtquelle und der
Summe der gleichen Anzahl von Ausgangssignalen des optischen Sensors bei ausgeschalteter
Hilfslichtquelle zu verwenden oder diese Differenz zusammen mit den Mittelwerten zu verwen
den. Genauer gesagt können verschiedene der in Fig. 20 gezeigten Werte zur Bildung der
Differenzen zwischen den jeweiligen Signalen benutzt werden. Beispielsweise können die
Differenzen die Form {(A + A3) - (a1 + a3)}, {(A1 + A2 + A3) - (a1 + a2 + a3)} etc. aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur die Präsenz eines Fahrzeuginsassen, sondern
auch seine/ihre Haltung auf der Basis der Entfernungsverteilung eines jeweiligen Abschnitts des
Insassen innerhalb eines jeweiligen Gesichtsfeldes erfaßt werden, wobei die Entfernungsvertei
lung mittels eines einstufigen (Abtasttyp oder Typ mit mehreren Linsen) oder eines mehrstufigen
Insassensensors gewonnen wird. Das Ergebnis der Erfassung kann zur Steuerung des Aufblasens
eines Airbags verwendet werden, um einen Unfall zu vermeiden, der anderenfalls beim Aufblasen
des Airbags auftreten könnte, wodurch eine erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit sichergestellt
wird. Da die Beschleunigung durch eine arithmetische Verarbeitung des Ausgangssignals des
Entfernungssensors berechnet werden kann, besteht keine besondere Notwendigkeit, einen
gesonderten Beschleunigungssensor vorzusehen. Darüber hinaus kann ein den Entfernungssensor
enthaltendes optisches System so ausgebildet werden, daß der Sensor auch einen Insassen
erfaßt, der mit einem Teil seines Körpers aus dem Automobil herausragt.
Wenn Sensorzeilen mit jeweiligen Linsen vorgesehen werden und diese Sensorzeilen und Linsen
unter Verwendung eines transparenten Harzes integral ausgebildet werden, wobei eine Abschir
mungsbeschichtung auf Abschnitte der Linsen aufgebracht wird, die keine effektiven Abschnitte
sind, kann die Größe des sich ergebenden Insassensensors verringert werden, und die Erfassung
von Streulicht kann vermieden werden. Darüber hinaus ist eine Hilfslichtquelle zur Beleuchtung
von Gesichtsfeldern dazu ausgelegt, Beleuchtungslicht hoher Intensität (hoher Helligkeit)
abzustrahlen, wenn die Beschleunigung (etwa in Folge eines Stoßes) gleich oder größer als ein
vorbestimmter Wert wird, wodurch eine verbesserte Meßgenauigkeit sichergestellt wird. Diese
Hilfslichtquelle kann aus einer Halbleiterlaserlichtquelle und einem Hologramm bestehen, in
welchem Fall die Größe und die Kosten der Hilfslichtquelle vorteilhafter Weise verringert werden
können.
Das Gewicht sowie die Präsenz und Haltung des Insassen können erfaßt werden, um eine
geeignetere Steuerung zum Aufblasen eines Airbags zu ermöglichen. Da das Ausgangssignal der
Sensorzeilen zur Ausschaltung der Einflüsse von Streulicht verwendet werden kann, können die
Kosten des Steuersystems verringert werden und zugleich eine verbesserte Sicherheit und
Zuverlässigkeit gewährleistet werden.
Es sei angemerkt, daß die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in verschiedenster
Weise miteinander kombiniert werden können.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Erfassung der Haltung eines Fahrzeuginsassen in einem Automobil,
umfassend
wenigstens ein Paar linearer Lichtsensoranordnungen (11, 12), je bestehend aus einer Mehrzahl von Sensorelementen, zur Erzeugung einer Abbildung des Fahrzeuginsassen, und
eine Einrichtung (101, 102, 103) zur Messung der Entfernungsverteilung der Abbildung des Fahrzeuginsassen innerhalb wenigstens eines linearen Gesichtsfeldes und zur Ermittlung der Präsenz und Haltung des Fahrzeuginsassen durch Vergleich der Entfernungsverteilung mit in der Vorrichtung gespeicherten Modellmustern.
wenigstens ein Paar linearer Lichtsensoranordnungen (11, 12), je bestehend aus einer Mehrzahl von Sensorelementen, zur Erzeugung einer Abbildung des Fahrzeuginsassen, und
eine Einrichtung (101, 102, 103) zur Messung der Entfernungsverteilung der Abbildung des Fahrzeuginsassen innerhalb wenigstens eines linearen Gesichtsfeldes und zur Ermittlung der Präsenz und Haltung des Fahrzeuginsassen durch Vergleich der Entfernungsverteilung mit in der Vorrichtung gespeicherten Modellmustern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Paare
von Lichtsensoranordnungen vorgesehen sind, von denen wenigstens ein Paar ein Gesichtsfeld
an einer vorbestimmten Position in einer horizontalen Richtung definiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleuni
gung einer Bewegung des Fahrzeuginsassen (2; 2A) auf der Basis einer Änderungsrate pro
Zeiteinheit von mittels der Lichtsensoranordnungen gemessenen Entfernungswerten ermittelbar
ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich ein Galvano-Spiegel zur sukzessiven Erzeugung einer Abbildung des Fahrzeugin
sassen (2) in mehreren Gesichtsfeldern vorgesehen ist, um die Entfernungsverteilung in diesen
Gesichtsfeldern zu messen und die Präsenz und Haltung des Fahrzeuginsassen zu erfassen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtsensoranordnungen mit jeweiligen Linsen (21, 22; AL, BL, CL, DL, AR, BR, CR, DR)
versehen sind, wobei die Lichtsensoranordnungen (11, 12) und die Linsen unter Verwendung
von transparentem Harz einstückig ausgebildet sind, und daß eine Abschirmungsbeschichtung
auf nicht wirksamen Teilen der Linsen vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Hilfslichtquelle (4, 4A) zur Beleuchtung des wenigstens einen linearen Gesichtsfeldes
sowie eine Einrichtung zum Einschalten der Hilfslichtquelle zur Abstrahlung von Licht hoher
Intensität für die Messung der Entfernungsverteilung vorgesehen sind, wenn eine Beschleunigung
gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert auftritt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hilfslichtquelle eine Halbleiterlaserlichtquelle (45) und ein Hologramm (46) umfaßt, wobei
das Hologramm den von der Halbleiterlaserlichtquelle ausgestrahlten Laserstrahl empfängt und
ein Streifenmuster erzeugt, daß sich in einer Richtung senkrecht zu dem wenigstens einen
linearen Gesichtsfeld erstreckt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Lichtsensoranordnung eines Paares linearer Lichtsensoranordnungen (11, 12) in
mehrere Zonen (A₁, B₁, C₁, D₁, A₂, B₂, C₂, D₂) unterteilt ist, daß für jede dieser Zonen eine Linse
(AL, BL, CL, DL, AR, BR, CR, DR) vorgesehen ist, um eine Abbildung eines Teiles eines Fahrzeugin
sassen (2) in einer zugehörigen der Zonen zu erzeugen, wobei wenigstens eine Entfernungsver
teilung der Abbildung des Teiles des Fahrzeuginsassen gemessen wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zur Berechnung der Breite (W) und Dicke (d) eines in der Entfernungsverteilung
gebildeten Querschnittsabschnitts zur Darstellung eines Unterleibbereichs des Fahrzeuginsassen
und zur Ermittlung des Gewichts des Fahrzeuginsassen durch Auslesen zuvor gespeicherter
Information bezüglich der Breite und der Dicke.
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