ES2387442B1

ES2387442B1 - Metodo y aparato para deteccion continua de ocupacion de asientos por uso conjunto de sensores de peso, capacitivos y termicos

Info

Publication number: ES2387442B1
Application number: ES201000255A
Authority: ES
Inventors: Ramón Pallàs Areny; Jaime Óscar Casas Piedrafita; Manuel Gasulla Forner; Carles Aliau Bonet; Jorge Gaitan Pitre
Original assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Current assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: ES2387442A1; WO2011104399A1

Abstract

Método de aparato para detección continua de ocupación de asientos por uso conjunto de sensores de peso, capacitivos y térmicos que detectan el cambio de peso en un asiento mediante sensores de fuerza, lo que activa el sensor capacitivo para medir los cambios volumétricos del campo eléctrico y los sensores térmicos para medir la evolución temporal de los cambios de temperatura. Se corrobora así que los cambios se deben a una persona y no a un objeto. El utilizar el cambio de peso como evento para iniciar las otras dos medidas permite una monitorización continua con un mínimo consumo eléctrico ya que los sensores de fuerza presentan una alta impedancia. El método se puede aplicar en cualquier tipo de asiento por cuanto el aparato puede ser incorporado en la estructura del asiento, debajo de su tapicería, o en una funda protectora o cojín externos.

Description

Método y aparato para detección continua de ocupación de asientos por uso conjunto de sensores de peso, capacitivos y térmicos.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere en general a los aparatos para la determinación física de las condiciones existentes en un asiento, aplicable por ejemplo en los vehículos automotores, y más en particular, a un aparato y un método de detección continua de la ocupación de asientos a través de la medida conjunta de un cambio de peso, de un cambio en el campo eléctrico y de la evolución de la temperatura en el asiento.

OBJETO

El objeto de la presente invención es desarrollar una combinación de diferentes instrumentos para la detección continua de la ocupación de cualquier tipo de asiento, aplicable en los vehículos automotores, basado en los instrumentos de medida de cambio de peso, capacidad eléctrica o cambio en el campo eléctrico, y evolución de la temperatura del asiento; concibiendo dicho aparato como una combinación de un número finito de sensores de cambio de peso de alta impedancia; un número finito de sensores de temperatura; y dos o más tiras de material conductor o elementos metálicos, que pueden formar parte o no de la estructura del asiento, así como su situación en la estructura del asiento, bajo su tapicería, o en una funda o cojín dispuestos sobre el asiento.

Un segundo objeto es desarrollar un aparato basado en dicha combinación de diferentes instrumentos de cambio de peso, capacidad eléctrica o cambio en el campo eléctrico, y evolución de la temperatura que implemente, con una máxima autonomía y un mínimo coste, dichos tres sistemas sensores y procese sus medidas, registrando, mostrando y/o transmitiendo la información a otros sistemas digitales.

Un tercer objeto de la presente invención es desarrollar, basado en dicho aparato anterior, un método de detección continua de la ocupación de cualquier

tipo de asiento, capaz de funcionar en diferentes variantes de operación para la medida de dichos tres parámetros de cambio de peso, capacidad eléctrica y temperaturas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los métodos propuestos en el estado de la técnica para detectar la ocupación de asientos son numerosos. En un primer grupo están los métodos basados en detectar la interferencia o reflexión que sufre una onda emitida hacia el asiento. Según la frecuencia a la que se trabaje, hay sistemas basados en radiación infrarroja (documento del modelo de utilidad CN200997157Y, “Seat monitor” de Chuan Wan, Chuansheng Wu, Chenying Chi, Zuoqi Xu), infrarroja o microondas/radar (documento DE19812745, “System for identifying occupancy of seat in vehicle” de Funkler Wolfgang), y ultrasonidos (R. Seip, B. Adamcyzyk, D. Rundell “Use of ultrasound in automotive interior occupancy sensing: optimum frequency, beamwidth, and SNR from empirical data”, IEEE Proceedings of the Ultrasonics Symposium, Nevada, USA, pp.749-752, octubre 1999). La imposibilidad que tienen estos sistemas de diferenciar en algunos casos entre personas y animales, o entre personas y objetos, limita mucho su uso. Una alternativa son los sistemas basados en el uso de vídeo y el posterior procesado de las imágenes capturadas (documento US2003007072, “Method and device for detecting seat occupancy by means of a video sensor system and foot room system” de Bernhard Mattes, Hans-Peter Lang, Pascal Kocher), pero por su elevado coste es un diseño difícilmente asumible en aplicaciones de bajo o medio coste. Todos estos sistemas quedan además limitados por la necesidad de ubicar un sistema de emisión y recepción fuera de la estructura del asiento y enfocado hacia él, cosa que en muchas aplicaciones o es imposible, o encarece aún más el coste del sistema.

En un segundo grupo están aquellos sistemas que pueden ser incorporados en la estructura del asiento o en un elemento auxiliar colocado sobre él (Documento US7457695 “Portable, self-contained vehicle seat occupancy alert device” de Marvin Fields and Lisha Fields). Los métodos utilizados en estos sistemas de detección son:

Sensores mecánicos, basados en la medida del peso (documento EP1683677, “Détecteur d´occupation d´un siège et véhicule équipé d`un tel détecteur ” de Laurent Certin, Stephane Berthet, Benedicte Sol), la presión, la fuerza o la aceleración (documento US5915281 “Silicon force and displacement sensor” de Douglas Ray Sparks), que mediante medidas puntuales o distribuidas en todo el asiento detectan la presencia de un objeto encima suyo y alguna de sus características. Las medidas con estos sensores difícilmente pueden distinguir entre personas y objetos suficientemente pesados.

Sensores capacitivos, basados en la medida de los cambios de campo eléctrico ocasionados por la presencia de una persona. Se han estudiado numerosas dimensiones y configuraciones de los electrodos para detectar la presencia de

ES 2 387 442 Al

una persona y también para poder discriminar entre adultos y niños (B. George, H. Zangl, T. Bretterklieber, G. Brasseur, “Seat occupancy detection based on capacitive sensing” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 58, pp. 1487-1494, 2009), e incluso determinar la posición de la persona en el asiento. Su principal limitación es que objetos grandes con agua u otros elementos conductores puede que sean detectados como si fueran una persona.

Mayoritariamente la temperatura ha sido considerada como una interferencia en otros sistemas de detección de la ocupación de asientos, que debe ser corregida o compensada. Por ejemplo, en la patente FR2863704 (“Measurement signal processing method for characterizing seat occupancy state involves correcting measurement signal, from detection layer placed in seat, based on environment derivatives related to temperature and humidity” de Herve Dirand, Yann Rogard, Laurent Chabert, Bertrand Billon, Frederic Fays, Eric Rochat), se presenta el efecto de los cambios de temperatura y humedad ambiente en sensores capacitivos y diferentes métodos para compensarlos. Sin embargo, en la patente US 6490515 B1 “Passenger detecting apparatus” de Hiroyo Okamura, Naobumi Kuboki, Takayuki Enomoto, Soichi Negami, Kyosuke Hashimoto) se proponen dos alternativas de medida: la primera consiste en el uso de medios de detección que tienen al menos un sensor capacitivo y un sensor de presión y la segunda utiliza medios de detección que tienen al menos un sensor capacitivo y un sensor de temperatura. En ella se plantea, por tanto, el uso de la temperatura como alternativa de medida conjuntamente a un sensor capacitivo, no planteándose específicamente su uso de forma simultánea con sensores de cambio de peso, ni la optimización de consumo que supone usar el sensor de cambio de peso como señal de disparo de los sensores capacitivos y de temperatura.

Una solución para solventar las limitaciones de los diferentes sistemas desarrollados para detectar la ocupación de un asiento se ha visto en la patente US 6490515 B1 es usar simultáneamente sensores de varios tipos distintos. Edemas de esta referencia, en Philip W. Kithil, “Capacitive Occupant Sensing” Occupant detection and sensing for smarter air bag systems. PT-107. Society of Automotive Engineers, Inc, pp. 185-190, 2004 se recomienda el uso de un sensor capacitivo conjuntamente con un sistema de infrarrojos, ultrasonidos, radar o peso. En el documento MX9604777 (“Automotive occupant sensor system and method of operation by sensor fusion” de Anthony P. Corrado, Stephen W. Decker, Paul K. Benbow) se presenta el uso conjunto de un sistema de infrarrojos y un sistema de ultrasonidos; y en US6445988 (“System for determining the occupancy state of a seat in a vehicle and controlling a component based thereon” de David S. Bread, Willbur E. Duvall, Wendell C. Johnson, Jeffrey L. Morin, Kunhong Xu, Michael E. Kussul) se reivindica el uso de múltiples sistemas sensores: de peso, inductivos, capacitivos, de movimiento, electromagnéticos, de ultrasonidos, infrarrojos y de radar por microondas, combinados mediante un procesado basados en redes neuronales para detectar y clasificar la ocupación de asientos. Como puede apreciarse en esta última patente, aunque se presenta el uso de hasta ocho métodos sensores diferentes, no se contempla el uso de sensores de temperatura para detectar la ocupación de un asiento por una persona. Por último, en el documento US 2006267321 A1 (“On-board vehicle seat capacitive force sensing device and method” de Divyasimha Harish y William D. Dallenbach) se presenta un sistema capacitivo para la medida del peso de la persona que es complementada con diferentes medidas sensoriales del ocupante que pueden incluir datos visuales, olfativos, textiles o térmicos. Por otro lado, el empleo de un número elevado de sensores tan complejos carece de posibilidad de implementación en aplicaciones de mediano y bajo costo. Menos aún, en el estado de la técnica tampoco existe información sobre aparatos y métodos sencillos y viables económicamente de instrumentos para la determinación de la ocupación de asientos en general y en vehículos automotores en particular, que proporcionen la información de una forma fiable.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Se han desarrollado un aparato y un método nuevos para detectar continuamente la ocupación de asientos mediante el uso conjunto y secuencial de tres sistemas sensores: de cambio de peso, capacitivo y térmico. Su uso conjunto solventa las limitaciones inherentes a los actuales métodos existentes en el estado de la técnica al usar cada uno de ellos por separado. Más aún, su uso resulta totalmente viable en los vehículos actuales por la sencillez de su concepción y fiabilidad de los resultados.

El aparato desarrollado se basa en un controlador digital al cual están conectados dichos tres sistemas sensores de cambio de peso, capacitivo y térmico, mediante las interfaces electrónicas correspondientes, un circuito de comunicación transceptor o modem, y un sistema de alimentación que suministra energía a los diferentes subsistemas. En la presente invención, tanto el controlador como el transceptor/módem están normalmente en estado de espera, con un consumo muy bajo, hasta que el primer sistema sensor detecta la presencia de una persona u objeto.

Dicho primer sistema sensor se basa en la detección de un cambio de peso, por ejemplo mediante una pluralidad de sensores piezorresistivos. Algunos de estos sensores están basados en polímeros conductores que tienen una resistencia eléctrica en vacío muy elevada, y su valor se reduce en varios órdenes de magnitud cuando son sometidos a una carga mecánica, esto es, el peso de un pasajero. Por ejemplo, hay modelos cuya resistencia en vacío es superior a 20 MO, la cual se reduce por un factor superior a 300 al aplicarles un peso de 30 kg. Ese valor tan elevado de resistencia en vacío permite tenerlos en funcionamiento garantizando un consumo muy reducido (inferior a 1 μA). Los sensores se pueden situar en cualquier punto de la estructura del asiento donde se ejerza una fuerza al sentarse, o en cualquier elemento externo apto para decorar, proteger u obtener una mayor comodidad (funda o cojín), lo que los hace muy versátiles y adecuados para su aplicación en vehículos automotores. En cuanto se detecta un cambio debido a la acción de un cambio de peso sobre el asiento, el controlador pone en marcha los otros dos sistemas sensores:

ES 2 387 442 Al

capacitivo y térmico, para evaluar si el cambio de peso es debido a una persona o a otro tipo de objeto. El umbral de detección para el cambio de peso se puede ajustar según el uso previsto para el asiento, incluso para sillas infantiles para automóviles.

El segundo sensor utilizado es de tipo capacitivo. Mediante dos elementos conductores tales como dos cintas metálicas debajo de la tapicería del asiento o en una funda o cojín externos, se crea un campo eléctrico volumétrico cuyo valor cambiará con la presencia de una persona. Estos cambios pueden permitir la diferenciación entre adultos y niños, y son suficientemente grandes para no depender excesivamente de las diferentes posiciones que puede adoptar una persona al sentarse. Sin embargo, objetos de gran tamaño que contengan elementos conductores pueden provocar cambios en el campo eléctrico similares a los debidos a una persona. Por ejemplo, un recipiente grande de agua sobre el asiento, aunque tales situaciones son fácilmente previsibles. De ahí que su uso demanda el empleo complementario de otros sensores.

Para solventar este problema, y aumentar así la fiabilidad del detector, en la presente invención se usa un tercer sistema sensor basado en medir la evolución temporal de la temperatura de la superficie del asiento. Para que un objeto caliente esta superficie, debe tener una fuente de energía interna, que en el caso de las personas es su metabolismo. La evolución temporal de la temperatura del asiento depende también de la indumentaria de la persona y de un posible sistema de calefacción incorporado en el asiento; pero mediante un umbral de diferenciación respecto a una temperatura de referencia y el estudio de la pendiente de la evolución temporal, es posible identificar la presencia de una persona sentada. El dilatado tiempo de respuesta de esta evolución térmica dificulta su uso como único sensor para detectar la ocupación del asiento.

En asientos incorporados por ejemplo en vehículos, la información del sistema de detección, que puede ser transmitida por cable o sin hilos a otro sistema digital, puede complementarse con los datos adquiridos por otros sistemas de medida del vehículo. Por ejemplo, si en un coche que circula con una determinada velocidad se detectan tres personas, el único hecho que podría acaecer mientras se mantenga la marcha es que las personas cambiaran de asiento, por lo que el número global de personas sólo podrá volver a cambiar después de que el vehículo se haya detenido. La incorporación de estos datos en el sistema global permite reducir el número o la frecuencia de las medidas y por tanto el consumo de energía del sistema.

Existe otro modo de realización alternativo en el cual el controlador, cuando se detecta un cambio de peso, activa únicamente el sensor capacitivo en vez de activar a la vez, cuando se detecta un cambio de peso, el sensor capacitivo y los sensores de temperatura. Esta alternativa puede ser utilizada intermitentemente para ahorrar consumo respecto al descrito anteriormente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Se describe a continuación una realización preferente de la invención de acuerdo con las figuras que se acompañan, en las cuales:

La Fig. 1 muestra la arquitectura del aparato para la detección continua de ocupación de asientos.

La Fig. 2 muestra la pluralidad de sensores de medida de cambio de peso 101 basada en un número finito (n) de sensores de fuerza piezorresistivos de alta impedancia (SF1, SF2,…,SFn).

La Fig. 3 muestra diferentes posiciones posibles de los sensores de fuerza piezorresistivos.

La Fig. 4 muestra valores de resistencia obtenidos para los sensores de fuerza piezorresistivos en función de su posición en el asiento y de la ocupación o no de éste.

La Fig. 5 muestra diferentes formas y posiciones en las que pueden ubicarse en el asiento dos tiras metálicas que conformen los sensores capacitivos 102

La Fig. 6 muestra posiciones en las que pueden colocarse en la plataforma del asiento dos tiras metálicas que conforman el sensor capacitivo 102.

La Fig. 7 muestra posiciones en las que el sensor capacitivo 102 puede colocarse en elementos externos tales como una funda de asiento.

La Fig. 8 muestra posiciones en las que el sensor capacitivo 102 puede colocarse en un simple cojín.

La Fig. 9 muestra un ejemplo de una posible disposición de sensores de temperatura 103 utilizando siete sensores, uno de referencia (S1) y seis de medida de la temperatura de la superficie del asiento (S2) a (S7).

La Fig. 10 muestra resultados de las capacidades medidas para diferentes disposiciones de los electrodos que conforman el sensor capacitivo 102, en ausencia o presencia de una persona sentada en un asiento abatible.

ES 2 387 442 Al

La Fig. 11 muestra variaciones de capacidades eléctricas medidas con el movimiento del usuario en el asiento o el uso de aparatos de comunicación que pudieran crear interferencias.

La Fig. 12 muestra una evolución temporal del cambio de temperatura en la superficie del asiento debido a su ocupación por una persona.

La Fig. 13 muestra cambios en la evolución temporal de la temperatura medida por los sensores colocados en las posiciones indicadas en la Fig. 9.

La Fig. 14 muestra la evolución temporal de la temperatura ante la ocupación intermitente de un asiento.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE

La Figura 1 muestra la arquitectura del sistema propuesto que consta de los sensores de medida de cambio de peso 101, sensores capacitivos 102 y de temperatura 103, que son conectados al microcontrolador 105 a través de los circuitos de acondicionamiento 104. El microcontrolador 105 transmite la información directamente a un sistema de visualización 106, o a otro elemento digital externo a través de los sistemas de comunicación con cable y/o inalámbrica

107. El sistema de alimentación 108 está conectado al microcontrolador 105, a los sistemas de comunicación 107 y a los sistemas sensores 101, 102 y 103, y a sus circuitos de acondicionamiento 104. Si la autonomía del sistema lo requiere, los sensores 101, 102 y 103, y sus circuitos de acondicionamiento 104, pueden alimentarse directamente de un puerto digital del microcontrolador 105.

Para obtener una mayor eficiencia energética, tanto el microcontrolador como los sistemas de comunicación 107 y los sistemas sensores capacitivos 102 y térmicos 103 se encontrarán, por defecto, en un estado de bajo consumo. Estará pues activado únicamente el sistema sensor de cambio de peso 101.

De la Figura 2 se aprecia el sistema de sensores de medida de cambio de peso 101 que se basa en el uso de una pluralidad, un número finito (n) de sensores de fuerza piezorresistivos de alta impedancia (SF1, SF2,…SFn), colocados debajo de la tapicería del asiento, en su soporte, en una funda o en un cojín, y conectados en paralelo en un circuito divisor de tensión. La salida de este circuito se conecta a una entrada analógica del microcontrolador 105 y/o al circuito de interrupción de un puerto digital (no se muestra). Dicha pluralidad de sensores de cambio de peso consta de uno o varios sensores piezorresistivos 101 cuyo circuito de interfaz es un divisor de tensión, donde el resistor Rs se elige para ajustar el umbral de detección de cambio de peso (Figura 2). El valor de Rs es alto (1 MO) para que cuando el sensor piezorresistivo tenga un valor bajo, el consumo del sistema no aumente demasiado. La salida del divisor de tensión se conecta a una entrada de interrupciones externas del microcontrolador 105 y a la entrada de un convertidor analógico digital (no se muestra). Un cambio en la señal de la interrupción externa activará los otros dos sistemas sensores de medida. La entrada analógica permite obtener una primera estimación del cambio de peso del objeto que ocupa el asiento. Si se utiliza, generalmente, más de un sensor piezorresistivo 101, éstos se conectan en paralelo, de modo que basta que uno de ellos detecte un cambio de peso lo suficientemente grande para que el microcontrolador active el sensor capacitivo y el sensor térmico.

Son diferentes las posiciones donde pueden ubicarse los sensores de fuerza piezorresistivos, véase la Figura 3: tanto encima o debajo de la espuma del asiento, así como en su estructura mecánica. La Figura 4 muestra los resultados obtenidos de valores de resistencia para un sensor piezorresistivo, tipo FlexiForce A201-100, en tres posiciones diferentes. En todos ellos se aprecia que una persona sentada produce un cambio significativo en la resistencia del sensor, superior a un factor de 2,6. El uso de varios sensores conectados en paralelo aumenta la magnitud de estos cambios.

Una vez detectada la presencia de un objeto en el asiento se activan los sistemas sensores capacitivos 102 y térmicos

103.

Los sensores capacitivos 102 son dos cintas adhesivas conductoras, que pueden disponerse en formas y posiciones diferentes, como se muestran en la Figura 5, igualmente sobre la plataforma del asiento, así como sobre el material que la cubre, véase la Figura 6, o en elementos externos tales como una funda de asiento, Figura 7, o un simple cojín, Figura 8.

Los sensores de temperatura 103 también pueden colocarse en distintos puntos de la base del asiento o en elementos externos. Un primer sensor térmico se sitúa fuera de la zona de contacto entre el objeto/persona y el asiento, y mide la temperatura a la que se encuentra en todo momento el asiento, la que se tomará como medida de referencia respecto a la que se estudiarán los cambios de temperatura. El resto de sensores térmicos de medida 103, uno o generalmente más sensores, se disponen en diferentes posiciones del asiento, en posiciones próximas a la superficie que entre en contacto con una persona al sentarse. En la figura 9 se presenta un ejemplo de una posible disposición utilizando siete sensores, uno de referencia (S1) y seis de medida de la temperatura de la superficie del asiento (S2) a (S7).

Un posible circuito de acondicionamiento 104 para los sensores capacitivos es una interfaz directa (F. Reverter, R.Pallàs-Areny, Direct sensor-to-microcontroller interface circuits, Editorial Marcombo, Barcelona, 2005), o también un

ES 2 387 442 Al

circuito de transferencia de carga (J. Gaitán-Pitré, M. Gasulla, R. Pallàs-Areny, “Analysis of a direct interface circuit for capacitive sensors”. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 58, pp. 2931-2937, 2009). En la Figura 10, se muestran los resultados de las capacidades eléctricas medidas para diferentes disposiciones de los dos electrodos que forman el sensor capacitivo 102, en ausencia o presencia de una persona sentada en un asiento abatible. Los cambios, superiores a un factor de 1,5, validan la capacidad de detección para distintas posturas del cuerpo. Además, estos cambios no sufren grandes variaciones con el movimiento del usuario en el asiento o el uso de aparatos de comunicación que pudieran crear interferencias, véase la Figura 11. Objetos, como ordenadores portátiles o cajas de herramientas, son también diferenciables. Sin embargo objetos mayores con alto contenido de agua podrían proporcionar detecciones positivas falsas.

Las Figuras 12 y 13 muestran los cambios de temperatura ocasionados por una persona sentada en el asiento:

En la Figura 12 se aprecia el aumento de la señal de un sensor S2 de medida de temperatura 103, respecto al sensor de referencia S1; se evidencia que después de los 15-20 minutos se alcanza casi una cima en el aumento de temperatura, de la cual la señal cae en forma brusca cuando el pasajero se levanta del asiento.

En la Fig. 13 se aprecia los cambios en la evolución temporal de la temperatura medida por los sensores colocados en las posiciones indicadas en la Fig. 9. Se constata una diferente sensibilidad de la señal dependiendo de la posición que ocupan los sensores, siendo el más sensible el que se encuentra en la posición S2 (Fig. 9), posición superior izquierda que evidencia el desplazamiento del pasajero hacia este lado. Igualmente se evidencia que después de los 15-20 minutos se alcanza casi una cima en el aumento de temperatura, de la cual la señal cae en forma brusca cuando el pasajero se levanta del asiento.

En la Figura 14 se expone la evolución temporal de la temperatura ante la ocupación intermitente de un asiento para uno de los detectores más sensibles S4 (Fig. 9). Se evidencia la falta de sensibilidad del sensor de temperatura 103 para detectar la desocupación del asiento cuando su ocupación es intermitente. Esto es debido a que si la ocupación ha sido larga, la inercia térmica del asiento hace que la disipación del calor residual luego de levantarse el pasajero sea tan lenta que el sensor detecte una temperatura más alta que la temperatura ambiente durante un cierto tiempo. Esto impediría detectar la ocupación del asiento de forma fiable si sólo se emplearan sensores de temperatura. Aunque una ocupación intermitente de un asiento es poco probable en automóviles, sí lo es en cambio en autocares, aviones o trenes, y por supuesto en asientos empleados en una vivienda o cualquier otro tipo de edificio.

Los sensores 103 utilizados han sido termopares de tipo J, pero podría utilizarse cualquier otro tipo de sensor. El uso, por ejemplo, de sensores resistivos como las RTD o termistores permitirían aplicar circuitos de interfaz directa entre sensor 103 y microcontrolador 105, simplificando el circuito de acondicionamiento 104. La evolución temporal de la temperatura indicada por estos sensores depende del volumen de la persona, la ropa que lleva, la posición del sensor 103 y la temperatura ambiente. Para una temperatura ambiente de 20 ºC se producen incrementos de temperatura de más de 5 ºC según la posición de medida. La temperatura medida en puntos del asiento debajo del cuerpo tarda hasta 20 minutos en estabilizarse, por lo que este método no es práctico para ser utilizado de forma independiente. Además, como regla para decidir la ocupación o no de un asiento, no se puede utilizar la comparación con un umbral fijo porque situaciones tales como la ocupación intermitente del asiento podrían producir falsos positivos, según muestra la Figura

14. Un algoritmo basado en el valor instantáneo de la temperatura y su derivada permite, en cambio, detectar la ocupación, pues cuando hay una persona sentada, la derivada es positiva o nula. Una derivada negativa durante un tiempo prolongado indica que la persona se ha levantado del asiento.

ES 2 387 442 Al

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un aparato para la detección continua de ocupación de asientos caracterizado porque consta de una pluralidad de sensores de fuerza para medir el cambio de peso (101), un sensor capacitivo (102), una pluralidad de sensores de temperatura (103), circuitos de acondicionamiento (104), microcontrolador (105), medio de visualización (106), un circuito de comunicación transceptor o modem (107) y un sistema de alimentación (108).
2.- El aparato para la detección continua de ocupación de asientos según la reivindicación 1 caracterizado porque dicha pluralidad de sensores de fuerza para medir el cambio de peso (101), dicho sensor capacitivo (102), y dicha pluralidad de sensores de temperatura (103) pueden ser incorporados a la estructura del asiento, debajo de su tapicería, o a una funda protectora o cojín externos.
3.- El aparato para la detección continua de ocupación de asientos según la reivindicación 1 caracterizado porque dicha pluralidad de sensores de fuerza para medir el peso (101) se basa en un número finito (n) de sensores piezorresistivos de alta impedancia, que se pueden colocar debajo de la tapicería del asiento, en su soporte, en una funda o en un cojín, y se pueden conectar en paralelo en un circuito divisor de tensión donde el resistor Rs se elige según el umbral de detección de cambio de peso.
4.- El aparato para la detección continua de ocupación de asientos según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho sensor capacitivo (102) detecta cambios en el campo eléctrico debidos a un volumen de agua dentro de los límites de medidas de la capacidad eléctrica correspondiente a la de un cuerpo humano.
5.- El aparato para la detección continua de ocupación de asientos según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha pluralidad de sensores de temperatura (103) se pueden colocar en distintos puntos de la base del asiento o en elementos externos, en donde un primer sensor térmico de referencia (103) se sitúa fuera de la zona de contacto entre el objeto/persona y el asiento, y mide la temperatura de dicho asiento; y porque una pluralidad de sensores térmicos de medida (103) se disponen en diferentes posiciones próximas a la superficie en contacto con una persona sentada.
6.- Un método para la detección continua de ocupación de asientos, utilizando el aparato según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha pluralidad de sensores de cambio de peso (101) en una variante pone en marcha conjunta, a través del controlador, dicho sensor capacitivo (102) y dicha pluralidad de sensores de temperatura (103).
7.- Un método para la detección continua de ocupación de asientos, utilizando el aparato según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha pluralidad de sensores de cambio de peso (101) en una variante alternativa pone en marcha, a través del controlador, solamente dicho sensor capacitivo (102) y mantiene inactiva dicha pluralidad de sensores de temperatura (103).

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201000255

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 23.02.2010

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : B60R21/015 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

X

US 6490515 B1 (OKAMURA ET AL.) 03/12/2002, resumen; columna 1, línea 59 -columna 5, línea 1-7

47; columna 9, línea 51 -columna 14, línea 58; columna 16, líneas 10 -55; columna 20, líneas 19

-22; columna 29, línea 39 – columna 32, línea 21; figuras 1 -6, 10, 11, 46 -50.

X

US 2006267321 A1 (HARISH ET AL.) 30/11/2006, resumen; párrafos [6 -13]; párrafos [30 -31]; 1, 2

párrafos [39 -49]; párrafos [54 -61]; párrafos[ 66 -70]; figuras 3 -4, 6 -9, 11; reivindicación 5.

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 03.09.2012

Examinador A. Figuera González Página 1/6

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201000255

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B60R, B60N, G01G Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, TXTEN

Informe del Estado de la Técnica Página 2/6

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000255

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 03.09.2012

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1 -7 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1 -7 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/6

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000255

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

US 6490515 B1 (OKAMURA et al.) 03.12.2002

D02

US 2006267321 A1 (HARISH et al.) 30.11.2006
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

REIVINDICACIÓN 1

Se considera que el documento D01 es el documento del estado de la técnica más próximo al objeto de la reivindicación 1.

En el documento D01 se describe un aparato 110 para la detección de pasajeros que determina si en el asiento se encuentra un pasajero o un objeto, tal como por ejemplo un asiento infantil, estimando el peso del pasajero y clasificando al pasajero en función de su constitución o de su postura al sentarse. El aparato tiene un sensor dieléctrico 111 y un sensor de presión 112 en un cojín del asiento 102. Véase D01, resumen y figura 1.

El aparato 110 para la detección de pasajeros cuenta también con unos medios de toma de decisiones que determinan en función de la medida del sensor de presión 112 si hay o no un pasajero o un objeto en el asiento y que determinan si se trata de un pasajero o de un objeto en función de la medida del sensor dieléctrico 111. Véase D01, columna 3, línea 65 a columna 4, línea 5, columna 5, líneas 18 a 27.

Los valores medidos por el sensor dieléctrico 111 y el sensor de presión 112 dispuestos en el cojín 102 son sometidos a un procesamiento de señales en la unidad de medida 115 correspondiente al cojín 102. Véase D01, columna 9, línea 55 a columna 10 línea 2 y figura 1.

El sensor de presión 112 comprende una pluralidad de elementos sensibles a la presión independientes dispuestos en el cojín del asiento 102. Véase D01, columna 10, líneas 42 a 56 y figura 2.

Se puede utilizar un sensor de temperatura en lugar del sensor de presión 112 para detectar el estado del asiento. Es decir, se pueden disponer una pluralidad de elementos que detecten un cambio de temperatura en el cojín del asiento de forma que se detecte la posición de la persona sentada detectando la diferencia de temperatura entre los elementos sensibles a la temperatura en contacto con la persona y los que no lo están. Véase D01, columna 10, línea 65 a columna 11, línea 6.

Por lo tanto, se puede establecer la siguiente correspondencia entre los elementos objeto de la reivindicación 1 y el aparato para la detección de pasajeros del documento D01:

-Pluralidad de sensores de fuerza para medir el peso 101 <-> pluralidad de elementos sensibles a la presión del sensor de presión 112

-

Sensor capacitivo 102 <-> sensor dieléctrico 111

-Pluralidad de sensores de temperatura <-> pluralidad de elementos que detectan el cambio de temperatura en el cojín del asiento

-

Circuitos de acondicionamiento 104 <-> unidad de medida 115

-Microcontrolador 105 <-> Unidad de decisión 117 formada por una CPU 117c y una memoria 117b (véase columna 12, líneas 6 a 11 y figura 1)

Informe del Estado de la Técnica Página 4/6

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000255

Así pues las diferencias entre lo divulgado en el documento D01 y el objeto de la reivindicación 1 son:

-

En el documento D01 se usan los sensores de temperatura como alternativa a los sensores de peso y no de forma simultánea.

No obstante, el combinar múltiples sensores para descartar situaciones no descartables por un número inferior de sensores es una solución conocida en el estado de la técnica tal y como se explica en la propia solicitud en la página 4, líneas 9 a 12. Así pues el experto en la materia, conociendo las enseñanzas del documento D01, si quisiera descartar la posibilidad de que un peso de agua con una capacidad similar a la de un cuerpo humano sea confundida con un cuerpo humano, hubiera podido recurrir al uso de los sensores de temperatura utilizados en otro modo de realización del mismo documento D01 para el mismo fin de analizar la presencia de un ser humano.

Por lo tanto no se considera que esta diferencia sea suficiente para conferirle actividad inventiva a la reivindicación 1.

-

En el documento D01 no se especifica que la unidad de decisión 117 sea un microcontrolador, puesto que solo se habla de CPU, ni que haya medios de visualización y un circuito de comunicación ni que exista un sistema de alimentación.

Pero es evidente que la unidad de decisión 117 realiza funciones equivalentes a las de un microcontrolador por lo que para el experto en la materia hubiera resultado evidente utilizar un microcontrolador siendo las comunicaciones y los medios de visualización opciones de diseño de los microcontroladores habituales en el estado de la técnica.

Por lo tanto no se considera que esta diferencia implique la existencia de actividad inventiva.

En definitiva, se considera que la reivindicación 1 carece de actividad inventiva de acuerdo con el artículo 8 de La Ley de Patentes 11/1986.

REIVINDICACIÓN 2

En el documento D01, los sensores dieléctricos 111 y los sensores de presión 112 se disponen entre el cojín del asiento y la tapicería del asiento.

Así pues, la reivindicación 2, dependiente de la reivindicación 1 que carece de actividad inventiva, no aporta ninguna característica técnica adicional nueva por lo que carece a su vez de actividad inventiva.

El resto de las disposiciones alternativas reivindicadas se consideran meras opciones de diseño cuya implementación hubiera resultado obvia para el experto en la materia.

REIVINDICACIÓN 3

Los sensores de presión 112 utilizados en el documento D01 son sensores basados en tintas conductoras que varían de acuerdo con la fuerza de la presión. Véase D01, columna 1, líneas 35 a 42. Se trata pues de sensores equivalentes a los sensores piezoeléctricos.

Además en el propio documento D01, en la columna 20, líneas 19 a 22 se menciona explícitamente el uso de sensores piezoeléctricos como alternativa a los sensores de tinta sensibles a la presión como sensores capaces de medir de forma exacta el peso.

En cuanto a la configuración, es evidente que los sensores de presión no deben colocarse en serie ya que entonces, si no se actúa sobre un número lo suficientemente grande de sensores, no se detectaría el peso. Deben pues ser independientes o estar conectados en paralelo, siendo esta última opción una alternativa de diseño obvia ya que ahorra conexiones. El uso de una resistencia en serie para obtener un divisor de tensión y disminuir el consumo también es una opción de diseño conocida en el estado de la técnica.

Por lo tanto, el experto en la materia ante el problema técnico de cómo conectar la pluralidad de sensores de presión de forma que cualquier activación por encima de un peso determinado genere una señal y que el consumo sea bajo, hubiera recurrido a una configuración en paralelo con un divisor de tensión sin utilizar nada más que los conocimientos comunes.

En conclusión, la reivindicación 3, dependiente de la reivindicación 1 que carece de actividad inventiva, carece a su vez de actividad inventiva.

Informe del Estado de la Técnica Página 5/6

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000255

REIVINDICACIÓN 4

En el documento D01 en detector dieléctrico 111 se utiliza para confirmar la presencia de una persona en caso de existir un peso en el asiento, así pues es obvio que sus límites de medida deben permitir medir la capacidad eléctrica correspondiente a un cuerpo humano formado mayoritariamente por agua.

Por lo tanto la reivindicación 4, dependiente de la reivindicación 1 que carece de actividad inventiva, carece a su vez de actividad inventiva.

REIVINDICACIÓN 5

En el documento D01 no se distingue explícitamente entre elementos sensibles a la temperatura utilizados como referencia de la temperatura del asiento y elementos destinados a medir la temperatura en las zonas en contacto con el pasajero sentado. Pero de hecho se detecta la diferencia de temperaturas entre los elementos en contacto con el pasajero y los que no lo están.

Se puede considerar que estos elementos que no están en contacto con el pasajero hacen las veces del primer sensor térmico reivindicado.

Así pues, la reivindicación 5, dependiente de la reivindicación 1 que carece de actividad inventiva, carece a su vez de actividad inventiva.

REIVINDICACIONES 6 y 7

Se considera que el documento D01 es el documento del estado de la técnica más próximo al objeto de la reivindicación independiente 6.

En el documento D01 en la primera etapa S101 del método de detección de la presencia de un pasajero se utiliza el sensor de presión y a continuación el sensor dieléctrico en la etapa S102. El sensor dieléctrico se utiliza para determinar si el asiento está mojado en caso de que el sensor de presión no esté activado pero el sensor dieléctrico sí.

Así pues, el procedimiento es diferente al del método objeto de la reivindicación 6.

No obstante, ante el problema técnico de ahorrar energía, el experto en la materia hubiera debido elegir entre tres posibles sensores para dejar en estado de alerta mientras los otros están en reposo para no consumir. De entre los tres, el sensor de presión es el candidato más obvio, primero por su bajo consumo y segundo por su rapidez de respuesta (es sabido que la respuesta de los sensores de temperaturas es más lenta en general).

El activar luego los dos sensores, el sensor capacitivo y los sensores de temperatura o solo el primero es una mera opción de diseño que no requiere superar ningún problema técnico especial ni produce ningún efecto técnico diferente del esperado.

Por lo tanto se considera que la reivindicación independiente 6 y la reivindicación 7 que depende de ella no tienen actividad inventiva.

Informe del Estado de la Técnica Página 6/6