WO2005025944A1 - Vorrichtungen und verfahren zum erkennen der position und der gewichtskraft einer person - Google Patents

Vorrichtungen und verfahren zum erkennen der position und der gewichtskraft einer person Download PDF

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WO2005025944A1
WO2005025944A1 PCT/EP2004/051750 EP2004051750W WO2005025944A1 WO 2005025944 A1 WO2005025944 A1 WO 2005025944A1 EP 2004051750 W EP2004051750 W EP 2004051750W WO 2005025944 A1 WO2005025944 A1 WO 2005025944A1
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weight
person
signal
sensor reflector
sensor
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PCT/EP2004/051750
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Klaus Hofbeck
Thomas Klement
Birgit RÖSEL
Arnd Stielow
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/015—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting the presence or position of passengers, passenger seats or child seats, and the related safety parameters therefor, e.g. speed or timing of airbag inflation in relation to occupant position or seat belt use
    • B60R21/01512—Passenger detection systems
    • B60R21/0153—Passenger detection systems using field detection presence sensors
    • B60R21/01534—Passenger detection systems using field detection presence sensors using electromagneticwaves, e.g. infrared
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/40—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups with provisions for indicating, recording, or computing price or other quantities dependent on the weight
    • G01G19/413—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups with provisions for indicating, recording, or computing price or other quantities dependent on the weight using electromechanical or electronic computing means
    • G01G19/414—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups with provisions for indicating, recording, or computing price or other quantities dependent on the weight using electromechanical or electronic computing means using electronic computing means only
    • G01G19/4142—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups with provisions for indicating, recording, or computing price or other quantities dependent on the weight using electromechanical or electronic computing means using electronic computing means only for controlling activation of safety devices, e.g. airbag systems

Definitions

  • the invention relates to devices and a method for recognizing the position and weight of a person, in particular the person in a motor vehicle seat.
  • reflectors are used to reflect electromagnetic radiation from a transmitting and receiving unit, a characteristic weakening of the radiation received by the transmitting and receiving unit allowing conclusions to be drawn about a person located in the beam path between the transmitting and receiving unit and the reflector.
  • a control unit (22) connected to the transmitting and receiving unit (10) evaluates the received reflected signals on the basis of the signal amplitude and / or the signal transit time and / or the coding of the signals, for example by modulating the signal reflected by the reflector, and derives therefrom the information whether a seat is occupied by a person or another object. In addition, the exact position of a person sitting on the seat can be recognized.
  • German Offenlegungsschrift DE 101 60 121 AI describes a sensor seat mat for seat occupancy detection in a motor vehicle, in which several pressure-sensitive sensor elements (A, S) are arranged distributed over a motor vehicle seat and each change their resistance value, depending on how great is the weight force acting on them. It is also known from German Offenlegungsschrift DE 199 25 877 AI to detect the weight of a vehicle occupant using load sensors between the vehicle seat and the vehicle floor.
  • the sensors used can, for example, use capacitive measuring principles (column 7, line 30).
  • the object of the present invention is to provide a device and a method in which, on the one hand, a known reflector for detecting the position of a vehicle occupant is designed to provide weight information Detect the weight force applied to it and transmit it together with the signal reflected by it to a transmitting and receiving unit, and secondly this weight information can be evaluated on the receiver side.
  • the inventive device for recognizing the position and weight of at least one person according to claim 1 has at least one transmitting and receiving unit for electromagnetic signals, at least one sensor reflector according to the invention with an antenna for reflecting a transmission signal of the transmitting and receiving unit as a sensor reflector signal and also an evaluation unit which is connected to the transmitting and receiving unit.
  • the antenna of each sensor reflector is connected to an associated electrical load, which is dependent on the weight of the person acting on it. Depending on this weight, weight information about the person is impressed on the reflected sensor-reflector signal by the load. The reflected sensor-reflector signal is received by the transmitting and receiving unit and, if necessary, after one
  • Signal preprocessing fed to the evaluation unit, which enables an evaluation of the weight information about the person. light, preferably in addition to the evaluations that are described in the previously mentioned unpublished patent application DE 10254197.3.
  • the load is changed depending on the weight by an oscillator.
  • the oscillator vibrates at an oscillation frequency that is variable from the weight force applied to the oscillator.
  • a weight-dependent change in the load of the sensor reflector by the oscillator is achieved in an advantageous embodiment of the invention in that the load has a switch, the first connection of which is connected to the antenna of the sensor reflector and the control connection of which is connected to a signal output of the Oscillator is connected.
  • the second connection of the switch is connected to a reference potential, preferably it is connected to the ground connection of the sensor reflector via an electrical resistor.
  • an oscillator which has at least one component influencing its oscillation frequency with a characteristic value which depends on the weight force applied to the component by the person.
  • This can be, for example, a capacitor whose capacitor plate spacing changes under the influence of a weight, which also changes its characteristic capacitance value. If the capacitor is at a suitable location within an oscillator circuit, for example a Colpitts
  • the oscillator frequency changes at the signal output of the oscillator. Since the signal output of the oscillator is connected to the control connection of the switch, the load, consisting, for example, of the switch itself and the resistance connected to it in relation to ground, is periodically influenced by the weight-dependent frequency of the oscillator. changed. In this way, the amplitude of the sensor reflector radiation reflected back by the sensor reflector changes depending on the weight force acting on the capacitor, which can be evaluated by the evaluation unit as weight information.
  • a weight-dependent capacitor instead of a weight-dependent capacitor, it is also possible to use another switching element in a suitable oscillator which has a characteristic weight-dependent value, for example a quartz oscillator which is compressed under the action of a force and thereby changes its vibration behavior, or else a coil, which changes its inductance as a function of the applied weight, for example in that a coil core is pushed into or removed from the coil winding depending on the weight, or also in that the coil winding is designed, for example, as a spring and its inductance when compressed via a coil core magnified, or the like.
  • a suitable oscillator which has a characteristic weight-dependent value
  • a quartz oscillator which is compressed under the action of a force and thereby changes its vibration behavior
  • a coil which changes its inductance as a function of the applied weight, for example in that a coil core is pushed into or removed from the coil winding depending on the weight, or also in that the coil winding is designed, for example, as a spring and
  • a second preferred embodiment for a device according to the invention has an oscillating circuit as the load, the resonance frequency of which is dependent on the weight. As a result, a maximum amplitude of the reflected sensor-reflector signal is only achieved at the resonant frequency of the resonant circuit.
  • This second embodiment for a device according to the invention is particularly advantageous when the transmission signals of the transmission and reception unit are broadband. This means that the frequency of the transmission signal varies within a relatively large frequency band when transmitting.
  • the transmitter carrier frequencies are usually above 100 MHz. Typically 433 MHz, 868 MHz or 2.45 GHz are used.
  • the resonant circuit used has a component which influences the resonance frequency and has a characteristic, weight-dependent value, for example in the form of the weight-dependent capacitor described above, the weight-dependent coil or else a weight-dependent oscillating crystal.
  • a particularly simple resonant circuit is a series or parallel resonant circuit with at least one capacitor and one coil, at least one of these two components preferably having a weight-dependent value.
  • a device for recognizing the position and weight of a person in particular the person on a motor vehicle seat in a motor vehicle, usually not only one but several sensor reflectors are arranged on the seat surface of the vehicle seat.
  • the seat position of a person can be determined more precisely based on the signal amplitudes of the reflected sensor-reflector signal, but also the weight: if there are many weight-sensitive sensor reflectors on the surface of the vehicle seat, this can even be classified on the vehicle seat due to the distribution of the weight acting on the vehicle seat.
  • Allow assignment of the individual sensor reflectors to the received signals can be achieved by connecting a matching network and possibly also a surface wave element parallel to the antenna of each sensor reflector, via which an individual code is assigned to each sensor.
  • Reflector signal can be impressed by modulation, for example in the case of code transmitters in vehicle access systems, for example in accordance with German laid-open specification DE 199 57 557 AI.
  • the weight-dependent variable load is formed by an oscillating circuit
  • different frequency bands can be reserved for the sensor reflector signals of different sensor reflectors. Within these individual frequency bands, the maximum amplitude of the respective sensor-reflector signal varies depending on the weight.
  • the sensor reflectors are preferably not only arranged on the seat surface of the vehicle seat, but also, for example, on the surface of the vehicle seat back and / or in the head part of the vehicle seat.
  • This arrangement is analogous to the known arrangement of reflectors for seat position detection in the unpublished patent application DE 10254197.3, but it is now also possible to obtain information about the force acting on the head part. For example, information can be obtained from this as to whether a person is leaning his head against the head part of the vehicle seat.
  • FIG. 1 shows a sensor reflector ⁇ according to the invention of a device according to the invention according to a first advantageous embodiment, schematically as a circuit diagram
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device according to the invention for recognizing the position and weight (F) of a person (10) on a Motor vehicle seat (2) within a motor vehicle (1)
  • FIG. 3 shows a sensor reflector 6 according to the invention of a device according to the invention in accordance with a second advantageous embodiment, schematically as a circuit diagram
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the sensor reflector signal (R) of a sensor reflector (6) according to FIG. 3, plotted against the carrier frequency (f), for a) an unloaded sensor reflector (6) and for b) a weight-loaded sensor Reflector (6),
  • Figure 5 shows a vehicle seat (2) with different possible locations of a sensor reflector according to the invention (6)
  • FIG. 6 shows a cross section through a) a schematically illustrated capacitor (CIO) of a sensor reflector (6) once with a weight load (solid line) and once without a weight load (dashed line) and b) a schematically illustrated finger capacitor (C10), also once loaded ( solid line) and once unloaded (dashed).
  • CIO capacitor
  • C10 finger capacitor
  • FIG. 1 shows a sensor reflector 6 of a device according to the invention according to a first preferred embodiment.
  • the sensor reflector 6 shown has an antenna A, a load Z and an oscillator OSC.
  • the antenna A is, for example, a copper plate with edge lengths of 3 and 4 cm.
  • a connection AI of the antenna A is connected to the drain connection S11 of a MOSFET transistor S10, the source S12 of which is connected to the ground connection GRD via a load resistor R1.
  • the MOSFET transistor SlO and the load resistor Rl together form the load Z, which is variable as a function of weight, as soon as the gate terminal S13 of the transistor S10 is activated in a variable manner depending on the weight.
  • the illustrated Colpitts oscillator OSC consists of an npn bipolar transistor S20, the collector connection S21 of which is connected to a supply voltage Vcc via a resistor R2 and also via an interference suppression capacitor C1 to the signal output F_OUT of the oscillator.
  • the emitter S22 is connected to the ground connection GRD both via a resistor R3 and via a capacitor C3.
  • the emitter is connected to its base connection S23 via a further capacitor C2.
  • the base S23 of the transistor S20 is also connected to the ground connection GRD via a load resistor R4 and also via a parallel resonant circuit consisting of a weight-sensitive capacitor CIO and a coil L.
  • a weight F in the direction of the arrow which acts on the first electrode C1 of the capacitor CIO.
  • the electrode distance d of the capacitor C10 changes as a function of this acting force F.
  • This also changes the capacitance value C of the capacitor C10, since this is indirectly proportional to the distance between the capacitor electrodes Cll and C12, according to the formula:
  • the capacitor CIO is a frequency-determining component for the oscillation frequency f of the Colpitts oscillator OSC with which the output signal oscillates at its signal output F_OUT. If the value of the capacitance C of the capacitor C10 changes as a result of the action of a weight force F r, the oscillation frequency of the drive voltage at the gate connection S13 of the MOSFET transistor S10 changes as a result of the weight. A sensor-reflector signal T reflected by the antenna A is damped due to a weight-dependent oscillating load Z.
  • the transmitting and receiving unit 9 receives this oscillation-dependent rend attenuated sensor reflector signal R, prepares it, for example, by suitable demodulation methods and forwards it to the evaluation unit 12, which evaluates the weight information contained in the received sensor reflector signal R and, if necessary, the triggering behavior of an occupant protection device to the determined weight or the determined Weight distribution of a person 10 on the vehicle seat 2 can adjust.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a device according to the invention in a motor vehicle 1.
  • Several sensor reflectors 6 are arranged on the seat surface 3, on the surface of the seat back 4 and in the headrest 5 of a motor vehicle seat 2.
  • a transmitting and receiving unit 9 is mounted in the vehicle fitting 11 of the vehicle 1.
  • a suitable transmitting and receiving unit 9 can, however, also be elsewhere in the motor vehicle, for example in the region of the interior mirror, which is indicated by an additionally shown transmitting and receiving unit 9 ⁇ in FIG. 2, which is not required in the present exemplary embodiment becomes.
  • An evaluation unit 12 is connected to the transmitting and receiving unit 9.
  • the transmitting and receiving unit 9 receives the sensor reflector signal R and demodulates it, for example using the known FM-CW radar method (frequency modulated continuous wave) or another suitable method. This results in a mostly low-frequency measurement signal in the transmitting and receiving unit 9, which can be evaluated with regard to the presence, position and weight of the person (10).
  • the evaluation is carried out in an evaluation unit 12. It is, for example, part of the occupant protection system; troller of the control unit of the occupant protection system or it is arranged as a computing unit within the transmitting and receiving unit 9 or at least connected to it and can at least send the determined information about the passenger 10 to the occupant protection system, whereupon the latter adjusts the triggering of an occupant restraint device if necessary.
  • a corresponding assignment of the sensor reflector signals R to the associated sensor reflectors can be achieved, for example, by individually coding the sensor reflector signals R of each sensor reflector, as already mentioned at the beginning.
  • Figure 3 shows a schematic representation of an embodiment of a sensor reflector 6 according to a second preferred embodiment of the device according to the invention. It has an antenna A, which is connected at one end to a first electrode C1 of a capacitor C10 and a first terminal L1 of a coil L, which together form a parallel resonant circuit.
  • the second electrode C12 of the capacitor C10 and a second connection L2 of the coil L are connected to the common ground connection GRD.
  • the resonance frequency f res of the parallel resonant circuit LC shown can be determined by the formula 1 IT [2] 2 ⁇ X LC are described, where L is the inductance of the coil L and C is the capacitance of the capacitor CIO.
  • the weight-dependent resonance frequency f res of the parallel resonant circuit LC can preferably vary depending on the weight within this carrier frequency band . If several sensor reflectors 6 are used, it is advantageous for assigning the sensor reflector signals R received by the transmitting and receiving unit 9 to the individual sensor reflectors 6 if the resonance frequency f res associated with each sensor reflector 6 is only dependent on the weight can vary in a respectively different, narrow-band resonance frequency band, with all resonance frequency bands of the sensor reflectors 6 lying within the carrier frequency band emitted by the transmitting and receiving unit 9.
  • Each of the sensor reflectors 6 reflects the received radiation with a maximum amplitude in a frequency band specific for the respective sensor reflector 6 around its current resonance frequency f res : If a sensor reflector ( ⁇ ) is acted upon by a weight F, it is reduced Resonance frequency f res according to the above formulas [1] and [2].
  • the sensor reflector signals R of all sensor reflectors can, however, also reflect all varying within the same frequency band depending on the weight. A corresponding assignment of the sensor reflector signals R can then again be achieved, for example, by individually coding the sensor reflector signals R of each sensor reflector.
  • Figure 4 shows a schematic representation of typical sensor reflector signals R of the preferred second embodiment of the invention of Figure 3, plotted against the carrier frequency f for a) an unloaded sensor reflector 6 and for b) a weighted sensor reflector 6.
  • Figure 6a shows a resonance peak of the sensor reflector signal R with a maximum at the resonance frequency fr es , d i and a capacitor electrode spacing dl.
  • the evaluation unit 12 can determine the frequency position of the maximum amplitude of the sensor reflector signal R at the resonance frequency f res and evaluate it as weight information on the frequency shift ⁇ f res caused by a weight.
  • FIG. 5 shows a vehicle seat 2 with a vehicle seat back 4, a headrest 5 and a vehicle seat surface 2.
  • Preferred locations of sensor reflectors 6 according to the invention are shown on the vehicle seat 2.
  • the weight of a vehicle occupant 10 and, in addition, its weight distribution on the vehicle seat To be able to detect the motor vehicle seat as precisely as possible, it is advantageous to arrange as many sensor reflectors 6 as possible on the vehicle seat surface 3.
  • a weight-sensitive capacitor C10 which is suitable both for the first embodiment of the device according to the invention according to FIG. 1 and for the second embodiment according to FIG. 3, is, for example, an etched-free cavity in a micromechanical semiconductor chip, in which the capacitor plates are kept at a distance from one another by the semiconductor material of the chip become.
  • a suitable capacitor C10 from elastomer foils arranged in parallel or the like.
  • the two capacitor plates C1 and C12 are in particular arranged parallel to the greatest surface area of the sensor reflector 6 and parallel to a force-receiving surface of the vehicle seat 2, for example parallel to the seat surface 3.
  • the capacitor C10 is micromechanically implemented on a semiconductor chip, it can also be advantageous further electronics can be arranged on the chip.
  • FIG. 6a shows a schematic cross section through a suitable capacitor C10 with a first connection C11, the reference symbol of which also designates the first capacitor plate C11, and a second connection C12, the reference number of which also designates the second capacitor plate C12. If a force F ⁇ 0 acts on the first capacitor plate Cll, this capacitor plate Cll, which is shown in broken lines, is not deflected. Their distance from the second capacitor plate C12 is di. If, however, an F> 0 acts on the first capacitor plate C1, this is approximated to the second capacitor plate C12 up to a distance d 2 .
  • FIG. 5a shows, for example, a semiconductor capacitor C or also a film capacitor C, in each of which the first capacitor plate C1 is bent in the middle.
  • Figure ⁇ b shows a suitable so-called finger capacitor CIO, the first capacitor electrode C11 having a finger-like structure which is kept at a distance from a second capacitor electrode C12 with a correspondingly complementary finger structure which can engage in the finger structure of the first capacitor electrode C11 when approaching without to electrically contact the first capacitor electrode Cll.
  • the position of the first capacitor electrode C12 is shown in dashed lines without the application of force or with the application of negative force and in a continuous line with the application of force. Accordingly, the distances to the lower capacitor plate C12 are again drawn as a larger d1 and as a smaller d2.
  • Such a finger capacitor CIO can also be manufactured in a semiconductor structure, with FIG. 5b shown being understood, for example, as a section of the centrally bent capacitor structure of FIG. 5a.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und ein Verfahren zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft einer Person (10), insbesondere der Person (10) auf einem Kraftfahrzeugsitz (2). Dabei werden Reflektoren (6) zum Reflektieren von elektromagnetischer Strahlung einer Sende- und Empfangseinheit (9) verwendet, wobei die Dämpfung der Sensor-Reflektorstrahlung eine Aussage über die Sitzposition einer Person im Strahlengang ermöglicht. Erfindungsgemäss ist die Antenne (A) jedes Sensor-Reflektors (6) mit einer jeweils zu gehörigen elektrischen Last (Z) verbunden, die abhängig von einem auf sie einwirkenden Gewicht der Person (10) ist. Abhängig von diesem Gewicht wird dem reflektieren Sensor-Reflektorsignal (R) durch die Last (Z) eine Gewichtsinformation über die Person (10) aufgeprägt. Das reflektierte Sensor-Reflektorsignal (R) wird von der Sende- und Empfangseinheit (9) empfangen und, ggf. nach einer Signalvorverarbeitung, der Auswerteeinheit (12) zugeführt, die eine Auswertung der Gewichtsinformation über die Person (10) ermöglicht.

Description

Beschreibung
Vorrichtungen und Verfahren zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft einer Person
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und ein Verfahren zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft einer Person, insbesondere der Person auf einem Kraftfahrzeugsitz. Dabei werden Reflektoren zum Reflektieren von elektromagnetischer Strahlung einer Sende- und Empfangseinheit verwendet, wobei eine charakteristische Abschwächung der von der Sende- und Empfangseinheit empfangenen Strahlung Rückschlüsse auf eine im Strahlengang zwischen Sende- und Empfangseinheit und Reflektor befindliche Person zulässt.
Im Bereich des Insassenschutzes für Kraftfahrzeuge wird es in den letzten Jahren immer wichtiger, die Auslösung von Insassenrückhaltemitteln, beispielsweise Frontairbags, Seitenair- bags, Knieairbags, Vorhangairbags, etc. an die Fahrzeuginsas- sen im Entfaltungsbereich der genannten Insassenrückhaltemittel anzupassen, um einerseits Reparaturkosten zu sparen und bei einem nicht belegten Sitz ein Insassenrückhaltemittel von vornherein nicht auszulösen und andererseits um bestimmte Personengruppen nicht durch ein ungeeignetes Auslöseverhalten des Insassenrückhaltemittels zusätzlich zu gefährden, beispielsweise Kinder oder sehr kleine Erwachsene. Es ist also nicht nur wichtig, die Anwesenheit einer Person auf dem Kraftfahrzeugsitz festzustellen, sondern darüber hinaus noch die exakte Position und sogar klassifizierende Eigenschaften der Person, beispielsweise das Körpergewicht. Zu nennen ist in diesem Zusammenhang die Crash-Norm FMVSS 208, deren Einhaltung immer mehr von Fahrzeugherstellern gefordert wird und die eine Klassifizierung einer Person nach Ihrem Gewicht festschreibt, um im Falle einer Kollision die Ansteuerung ei- nes Insassenrückhaltemittels gegebenenfalls in geeigneter Weise an die erkannte Person anzupassen. In der bislang unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10254197.3 der Anmelderin wird bereits eine Verwendung von gattungsgemäßen Mikrowellenreflektoren (12) zur Feststellung der Anwesenheit und der Position einer Person auf einem Sitz eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Dazu sind ein oder mehrere Reflektoren (12) auf einem Fahrzeugsitz verteilt angeordnet. Die Reflektoren reflektieren die empfangenen Signale der Sende- und Empfangseinheit (10) . Eine an die Sende- und Empfangseinheit (10) angeschlossene Steuereinheit (22) wertet die empfangenen reflektierten Signale anhand der Signalamplitude und/oder der Signallaufzeit und/oder der Kodierung des Signale, beispielsweise durch Modulation des vom Reflektor reflektierten Signals, aus, und gewinnt daraus die Information, ob ein Sitz durch eine Person oder einen anderen Gegens- tand besetzt ist. Darüber hinaus kann auch die genaue Position einer auf dem Sitz befindlichen Person erkannt werden.
Zur Messung des Gewichts oder der Gewichtsverteilung einer Person auf einem Kraftfahrzeugsitz, wie beispielsweise von der Crashnorm FMVSS 209 gefordert, sind jedoch bislang andere Vorrichtungen notwendig: Beispielsweise beschreibt die Deutsche Offenlegungsschrift DE 101 60 121 AI eine Sensorsitzmatte zur Sitzbelegungserkennung in einem Kraftfahrzeug, bei der mehrere druckempfindliche Sensorelemente (A, S) flächig auf einem Kraftfahrzeugsitz verteilt angeordnet sind und jeweils ihren Widerstandswert ändern, abhängig davon, wie groß die auf sie einwirkende Gewichtskraft ist. Aus der Deutschen Of- fenlegungsschrift DE 199 25 877 AI ist es weiterhin bekannt, das Gewicht eines Fahrzeuginsassen durch Lastsensoren zwi- sehen dem Fahrzeugsitz und dem Fahrzeugboden zu erfassen. Die dabei verwendeten Sensoren können beispielsweise kapazitive Messprinzipien verwenden (Spalte 7, Zeile 30).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei denen zum einen ein bekannter Reflektor zur Sitzpositionserkennung eines Fahrzeuginsassen so beschaffen ist, dass er eine Gewichtsinformation über die auf ihn aufgebrachte Gewichtskraft erfassen und zusammen mit dem von ihm zu einer Sende- und Empf ngseinheit reflektierten Signal übertragen kann, und zum anderen diese Gewichtsinformation auf der Empfängerseite ausgewertet werden kann .
Diese Aufgabe wird jeweils gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch einen Sensor-Reflektor gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Auch wenn in der vorliegenden Patentanmeldung zumeist von einem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und des er- findungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft einer Person auf einem Kraftfahrzeugsitz innerhalb eines Kraftfahrzeugs die Rede ist, so kann die beschriebene Vorrichtung und das Verfahren natürlich auch in anderen Bereichen sinnvoll eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen der Position und des Gewichts mindestens einer Person gemäß Anspruch 1 weist mindestens eine Sende- und Empfangseinheit für elektromagnetische Signale auf, mindestens einen erfindungsgemäßen Sensor-Reflektor mit einer Antenne zum Reflektieren eines Sendesignals der Sende- und Empfangseinheit als Sensor- Reflektorsignal und außerdem eine Auswerteeinheit, die mit der Sende- und Empfangseinheit verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Antenne jedes Sensor-Reflektors mit einer jeweils zu- gehörigen elektrischen Last verbunden, die abhängig von einem auf sie einwirkenden Gewicht der Person ist. Abhängig von diesem Gewicht wird dem reflektieren Sensor-Reflektorsignal durch die Last eine Gewichtsinformation über die Person aufgeprägt. Das reflektierte Sensor-Reflektorsignal wird von der Sende- und Empfangseinheit empfangen und, ggf. nach einer
Signalvorverarbeitung, der Auswerteeinheit zugeführt, die eine Auswertung der Gewichtsinformation über die Person ermög- licht, vorzugsweise zusätzlich zu den Auswertungen, die in der bereits eingangs erwähnten, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10254197.3 beschrieben werden.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Last gewichtsabhängig durch einen Oszillator verändert. Der Oszillator schwingt mit einer Schwingungsfrequenz, die von der auf den Oszillator aufgebrachten Gewichtskraft veränderlich ist.
Eine gewichtsabhängige Veränderung der Last des Sensor- Reflektors durch den Oszillator wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, dass die Last einen Schalter aufweist, dessen erster Anschluss mit der Antenne des Sensor-Reflektors verbunden ist und dessen Steuer- anschluss mit einem Signalausgang des Oszillators verbunden ist. Der zweite Anschluss des Schalters ist mit einem Bezugspotential verbunden, vorzugsweise ist er über einen elektrischen Widerstand mit dem Masseanschluss des Sensor-Reflektors verbunden .
Besonders einfach und deshalb besonders vorteilhaft ist dabei ein Oszillator, der mindestens ein seine Schwingungsfrequenz beeinflussendes Bauelement aufweist mit einem charakteristischen Wert, der von dem auf das Bauelement aufgebrachten Ge- wichtskraft durch die Person abhängt. Dies kann beispielsweise ein Kondensator sein, dessen Kondensatorplattenabstand sich unter Einwirken einer Gewichtskraft verändert, wodurch auch sein charakteristischer Kapazitätswert sich verändert. Ist der Kondensator an einer geeigneten Stelle innerhalb ei- ner Oszillatorschaltung, beispielsweise einer Colpitts-
Schaltung oder auch einer Hartley-Schaltung oder ähnlichem, angeordnet, so verändert sich die Oszillatorfrequenz am Signalausgang des Oszillators. Da der Signalausgang des Oszillators mit dem Steueranschluss des Schalters verbunden ist, wird so die Last, beispielsweise bestehend aus dem Schalter selbst und dem nach Masse hin damit verbundenen Widerstand, durch die gewichtsabhängige Frequenz des Oszillators perio- disch verändert. Auf diese Weise ändert sich die Amplitude der durch den Sensor-Reflektor zurückreflektierten Sensor- Reflektorstrahlung je nach der auf den Kondensator einwirkenden Gewichtskraft, was durch die Auswerteeinheit als Ge- wichtsinformation auswertbar ist.
Es ist auch möglich, anstatt eines gewichtsabhängigen Kondensators ein anderes Schaltelement in einem geeigneten Oszillator zu verwenden, das einen charakteristischen gewichtsabhän- gigen Wert aufweist, beispielsweise einen Quarzoszillator, der unter Einwirken einer Kraft komprimiert wird und dadurch sein Schwingungsverhalten verändert, oder auch eine Spule, die ihre Induktivität in Abhängigkeit von der aufgebrachten Gewichtskraft ändert, beispielsweise dadurch, dass ein Spu- lenkern gewichtsabhängig in die Spulenwicklung geschoben oder aus ihr entfernt wird, oder auch dadurch, dass die Spulenwicklung beispielsweise als Feder ausgebildet ist und beim Zusammendrücken über einen Spulenkern ihre Induktivität vergrößert, oder ähnliches.
Selbstverständlich ist auch ein Sensor-Reflektor denkbar, bei dem mehrere Bauelemente innerhalb des Oszillators einen für sie charakteristischen Wert gewichtsabhängig ändern.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist als Last einen Schwingkreis auf, dessen Resonanzfrequenz gewichtsabhängig ist. Dadurch wird eine maximale Amplitude des reflektierten Sensor-Reflektorsignals nur bei der Resonanzfrequenz des Schwingkreises erreicht. Diese zweite Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Sendesignale der Sende- und Empfangseinheit breitbandig sind. Dies bedeutet, dass die Frequenz des Sendesignals innerhalb eines relativ großen Frequenzbandes beim Senden variiert. Die Sen- deträgerfrequenzen liegen üblicherweise über 100 MHz. Typischerweise werden 433 MHz, 868 MHz oder 2,45 GHz verwendet. Analog zur ersten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der verwendete Schwingkreis ein die Resonanzfrequenz beeinflussendes Bauelement auf mit einem charakteristischen, gewichtsabhängigen Wert, beispiels- weise in der Form des bereits beschriebenen gewichtsabhängi- gen Kondensators, der gewichtsabhängigen Spule oder auch eines gewichtsabhängigen Schwingquarzes.
Ein besonders einfacher Schwingkreis ist ein Serien- oder Pa- rallelschwingkreis mit zumindest einem Kondensator und einer Spule, wobei vorzugsweise mindestens eines dieser beiden Bauelemente einen gewichtsabhängigen Wert aufweist.
Innerhalb einer Vorrichtung zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft einer Person, insbesondere der Person auf einem Kraftfahrzeugsitz in einem Kraftfahrzeug, sind zumeist nicht nur einer, sondern mehrerer Sensor-Reflektoren auf der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes angeordnet. Auf diese Weise kann nicht nur die Sitzposition einer Person anhand der Signalamp- lituden des reflektierten Sensor-Reflektorsignals ortsgenauer bestimmt werden, sondern auch das Gewicht: stehen sehr viele gewichtsempfindliche Sensor-Reflektoren auf der Oberfläche des Fahrzeugsitzes zur Verfügung, so kann sogar eine Klassifizierung der auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Person auf- grund der Verteilung des einwirkenden Gewichts auf den Fahrzeugsitz vorgenommen werden.
Bei der Verwendung von mehreren Sensor-Reflektoren nach der ersten vorteilhaften Ausführungsform mit einem gewichtsabhän- gig schwingenden Oszillator ist es dabei von Vorteil, eine
Zuordnung der einzelnen Sensor-Reflektoren zu den empfangenen Signalen zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine individuelle Codierung jedes einzelnen Sensor-Reflektors dadurch erreicht werden, dass parallel zur Antenne jedes Sensor- Reflektors je ein Anpassnetzwerk und ggf. zusätzlich je ein Oberflächenwellenelement angeschlossen wird, über das bzw. die jeweils ein individueller Code auf jedes Sensor- Reflektorsignal durch Modulation aufgeprägt werden kann, wie beispielsweise bei Codegebern von Fahrzeugzugangssystemen, beispielsweise gemäß der Deutschen Offenlegungsschrift DE 199 57 557 AI.
Bei der Verwendung von mehreren Sensor-Reflektoren nach der zweiten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die gewichtsabhängig veränderliche Last durch einen Schwingkreis gebildet wird, können für die Sen- sor-Reflektorsignale verschiedener Sensor-Reflektoren jeweils verschiedene Frequenzbänder reserviert werden. Innerhalb dieser individuellen Frequenzbänder variiert die maximale Amplitude des jeweiligen Sensor-ReflektorSignals gewichtsabhängig.
Vorzugsweise sind die Sensor-Reflektoren bei beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur auf der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes angeordnet, sondern beispielsweise auch auf der Oberfläche der Fahrzeugsitzlehne und/oder im Kopfteil des Fahrzeugsitzes. Diese Anordnung ist analog zu der bekannten Anordnung von Reflektoren zur Sitzpositionserkennung in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10254197.3, jedoch ist es nun zusätzlich auch möglich Informationen über die auf das Kopfteil einwirkende Kraft zu erhalten. Beispielsweise kann daraus eine Informati- on gewonnen werden, ob eine Person ihren Kopf an das Kopfteil des Fahrzeugsitzes anlehnt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Sensor-Reflektor β einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform schematisch als Schaltskizze, Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft ( F ) einer Person (10) auf einem Kraftfahrzeugsitz (2) innerhalb eines Kraftfahrzeugs (1),
Figur 3 einen erfindungsge äßen Sensor-Reflektor 6 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform schematisch als Schaltskizze,
Figur 4 eine schematische Darstellung des Sensor- Reflektorsignals (R) eines Sensor-Reflektors (6) gemäß Figur 3, aufgetragen über die Trägerfrequenz (f) , für a) einen unbelasteten Sensor-Reflektor (6) und für b) einen gewichtsbelasteten Sensor- Reflektor (6),
Figur 5 einen Fahrzeugsitz (2) mit verschiedenen möglichen Anbringungsorten eines erfindungsgemäßen Sensor- Reflektors (6) und
Figur 6 einen Querschnitt durch a) einen schematisch dargestellten Kondensator (CIO) eines Sensor-Reflektors (6) einmal mit Gewichtskraftbelastung (durchgezogene Linie) und einmal ohne Gewichtskraftbelastung (strichliert) und b) einen schematisch dargestellten Fingerkondensator (C10) , ebenfalls einmal belastet (durchgezogene Linie) und einmal unbelastet (strichliert) .
Figur 1 zeigt einen Sensor-Reflektor 6 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Der dargestellte Sensor-Reflektor 6 weist eine Antenne A, eine Last Z und einen Oszillator OSC auf. Die Antenne A ist beispielsweise eine Kupferplatte mit Kantenlängen von 3 und 4 cm. Ein Anschluss AI der Antenne A ist mit dem Drai- nanschluss Sll eines MOSFET-Transistors SlO verbunden, dessen Source S12 über einen Lastwiderstand Rl mit dem Massean- schluss GRD verbunden ist. Der MOSFET-Transistor SlO und der Lastwiderstand Rl bilden zusammen die gewichtsabhängig verän- derliche Last Z, sobald der Gateanschluss S13 des Transistors SlO gewichtsabhängig veränderlich angesteuert wird. Dies erfolgt durch den Signalausgang eines Colpitts- Oszillators OSC, dessen Signalausgang F_OUT mit dem Gateanschluss S13 des Transistors SlO verbunden ist. Der dargestellte Colpitts-Oszillator OSC besteht aus einem npn- Bipolartransistor S20, dessen Kollektoranschluss S21 über ei- nen Widerstand R2 mit einer VersorgungsSpannung Vcc verbunden ist und außerdem über einen Entstörkondensator Cl mit dem Signalausgang F_OUT des Oszillators. Der Emitter S22 ist sowohl über einen Widerstand R3 als auch über einen Kondensator C3 mit dem Masseanschluss GRD verbunden. Außerdem ist der E- mitter über einen weiteren Kondensator C2 mit seinem Basisan- schluss S23 verbunden. Die Basis S23 des Transistors S20 ist außerdem über einen Lastwiderstand R4 und außerdem über einen Parallelschwingkreis, bestehend aus einem gewichtssensitiven Kondensator CIO und einer Spule L, mit dem Masseanschluss GRD verbunden.
Ebenso dargestellt ist eine Gewichtskraft F in Pfeilrichtung, die auf die erste Elektrode Cll des Kondensators CIO einwirkt. Von dieser einwirkenden Kraft F abhängig ändert sich der Elektrodenabstand d des Kondensators C10. Dadurch verändert sich auch der Kapazitätswert C des Kondensators C10, da dieser indirekt proportional zum Abstand der Kondensatorelektroden Cll und C12 ist, gemäß der Formel:
C ~ -. [1] d
Der Kondensator CIO ist ein frequenzbestimmendes Bauteil für die Schwingungsf equenz f des Colpitts-Oszillators OSC mit der das Ausgabesignal an dessen Signalausgang F_OUT schwingt. Verändert sich folglich gemäß der Formel [1] der Wert der Kapazität C des Kondensators C10 durch Einwirken einer Gewichtskraft F r so verändert sich dadurch gewichtsabhängig die Schwingungsfrequenz der Ansteuerspannung am Gateanschluss S13 des MOSFET-Transistors SlO. Ein von der Antenne A reflek- tiertes Sensor-Reflektorsignal T wird aufgrund einer gewichtsabhängig oszillierenden Last Z gedämpft. Die Sende- und Empfangseinheit 9 empfängt dieses gewichtsabhängig oszillie- rend gedämpfte Sensor-Reflektorsignal R, bereitet es beispielsweise durch geeignete Demodulationsverfahren auf und leitet es an die Auswerteeinheit 12 weiter, die die im empfangenen Sensor-Reflektorsignal R enthaltene Gewichtsinforma- tion auswerten und ggf. das Auslöseverhalten einer Insassenschutzvorrichtung an das ermittelte Gewicht oder die ermittelte Gewichtsverteilung einer Person 10 auf dem Fahrzeugsitz 2 anpassen kann.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug 1. Mehrere Sensor- Reflektoren 6 sind auf der Sitzfläche 3, auf der Oberfläche der Sitzlehne 4 und in der Kopfstütze 5 eines Kraftfahrzeugsitzes 2 angeordnet. In der Fahrzeugarmatur 11 des Fahrzeugs 1 ist eine Sende- und Empfangseinheit 9 angebracht. Der
Anbringungsort für eine geeignete Sende- und Empfangseinheit 9 kann aber auch an anderer Stelle im Kraftfahrzeug sein, beispielsweise im Bereich des Innenspiegels, was durch eine zusätzlich eingezeichnete Sende- und Empfangseinheit 9 λ in der Figur 2 angedeutet ist, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aber nicht benötigt wird.
Außerdem dargestellt ist eine Person 10, die sich auf dem Fahrzeugsitz 2 angelehnt an die Sitzlehne 4 befindet. Mit der Sende- und Empfangseinheit 9 verbunden ist eine Auswerteeinheit 12 verbunden.
Die Sende- und Empfangseinheit 9 empfängt das Sensor- Reflektorsignal R und demoduliert es beispielsweise mit Hilfe des bekannten FM-CW-Radarverfahrens (frequency modulated con- tinues wave) oder eines anderen geeigneten Verfahrens. Somit erhält man in der Sende- und Empfangseinheit 9 ein meist niederfrequentes Messsignal, das hinsichtlich der Anwesenheit, der Position und der Gewichtskraft der Person (10) ausgewer- tet werden kann. Die Auswertung erfolgt dabei in einer Auswerteeinheit 12. Sie ist beispielsweise Bestandteil des Insassenschutzsystems, vorzugsweise wird sie durch einen Kon- troller der Steuereinheit des Insassenschutzsystems gebildet oder sie ist als Recheneinheit innerhalb der Sende- und Empfangseinheit 9 angeordnet oder aber zumindest damit verbunden und kann die ermittelten Informationen über den Fahrgast 10 zumindest an das Insassenschutzsystem senden, woraufhin dieses die Auslösung eines Insassenrückhaltemittels nötigenfalls anpasst .
Eine entsprechende Zuordnung der Sensor-Reflektorsignale R zu den zugehörigen Sensor-Reflektoren kann beispielsweise durch eine individuelle Codierung der Sensor-Reflektorsignale R jedes Sensor-Reflektors erreicht werden, wie eingangs bereits erwähnt .
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen Sensor-Reflektor 6 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Er weist eine Antenne A auf, die an ihrem einen Ende mit einer ersten Elektrode Cll eines Kondensators C10 und einem ersten Anschluss Ll einer Spule L verbunden ist, die zusammen einen Parallelschwingkreis bilden. Die zweite Elektrode C12 des Kondensators C10 und ein zweiter Anschluss L2 der Spule L sind mit dem gemeinsamen Masseanschluss GRD verbunden .
Abhängig von der Resonanzgüte des Parallelschwingkreises LC werden alle Schwingungen um so stärker bedämpft je weiter ihre Schwingungsfrequenz f von der Resonanzfrequenz fres des Parallelschwingkreises LC abweicht. Eine maximale Amplitude des von der Antenne A empfangenen Signals T und des von der Antenne A reflektierten Sensor-Reflektorsignals R liegt bei der Resonanzfrequenz fres des Parallelschwingkreises LC vor.
Die Resonanzfrequenz fres des dargestellten Parallelschwing- kreises LC kann durch die Formel 1 IT [2] 2π X LC beschrieben werden, wobei L die Induktivität der Spule L ist und C die Kapazität des Kondensators CIO.
Wie die typischerweise verwendeten Trägerfrequenzen f im Be- reich der bekannten Reflektoren für die Insassenerkennung beispielsweise in einem Frequenzband von ca. 80 Megahertz um 2,45 Gigahertz liegen, kann auch die gewichtsabhängige Resonanzfrequenz fres des Parallelschwingkreises LC vorzugsweise innerhalb dieses Trägerfrequenzbandes gewichtsabhängig vari- ieren. Werden mehrere Sensor-Reflektoren 6 verwendet, so ist es zur Zuordnung der von der Sende- und Empfangseinheit 9 empfangenen Sensor-Reflektorsignale R zu den einzelnen Sensor-Reflektoren 6 von Vorteil, wenn die zu jedem Sensor- Reflektor 6 gehörige Resonanzfrequenz fres gewichtsabhängig nur in einem jeweils unterschiedlichen, schmalbandigeren Resonanzfrequenzband variieren kann, wobei alle Resonanzfrequenzbänder der Sensor-Reflektoren 6 innerhalb des von der Sende- und Empfangseinheit 9 ausgesendeten Trägerfrequenzbandes liegen.
Die Sende- und Empfangseinheit 9 sendet Sendesignale T breit- bandig aus, beispielsweise von einer untersten Frequenz f = 2,45 Gigahertz - 40 Megahertz bis zu einer obersten Frequenz f = 2,45 Gigahertz + 40 Megahertz. Jeder der Sensor- Reflektoren 6 reflektiert die empfangene Strahlung mit einer maximalen Amplitude in einem für den jeweiligen Sensor- Reflektor 6 spezifischen Frequenzband um seine aktuelle Resonanzfrequenz fres : Ist ein Sensor-Reflektor (β) mit einer Gewichtskraft F beaufschlagt, so verringert sich seine Reso- nanzfrequenz fres nach den oben genannten Formeln [1] und [2] .
Die Sensor-Reflektorsignale R aller Sensor-Reflektoren können aber auch alle innerhalb des gleichen Frequenzbandes gewichtsabhängig variierend reflektieren. Eine entsprechende Zuordnung der Sensor-Reflektorsignale R kann dann beispielsweise wiederum durch eine individuelle Codierung der Sensor- Reflektorsignale R jedes Sensor-Reflektors erreicht werden. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung von typischen Sensor-Reflektorsignalen R der bevorzugten zweite Ausführungsform der Erfindung der Figur 3, aufgetragen über die Trägerfrequenz f für a) einen unbelasteten Sensor-Reflektor 6 und für b) einen gewichtsbelasteten Sensor-Reflektor 6. Die Figur 6a) zeigt einen Resonanz-Peak des Sensor- Reflektorsignals R mit einem Maximum bei der Resonanzfrequenz fres,di und einem Kondensatorelektrodenabstand dl. Figur 6b) zeigt den Resonanz-Peak um eine Resonanzfrequenz fres,d2. Diese Resonanzfrequenz fres stellt sich ein, wenn eine Kraft F die erste Kondensatorelektrode Cll bis auf einen Abstand d2 an die zweite Kondensatorelektrode C12 genähert. Durch die Verringerung des Elektrodenabstands d verschiebt sich die Reso- nanzfrequenz fres des Parallelschwingkreises LC um einen Frequenzunterschied Δfres. Dieser Wert stellt ein Maß für die auf den jeweiligen Sensor-Reflektor 6 einwirkende Gewichtskraft F dar und gibt somit eine Gewichtsinformation über die auf dem Fahrzeugsitz befindliche Person 10 wieder. Über den gesamten Gewichtsmessbereich ergibt sich beispielsweise eine maximale Frequenzverschiebung Δfres von mehreren 10 KHz.
Die Auswerteeinheit 12 kann die Frequenzlage der maximalen Amplitude des Sensor-Reflektorsignals R bei der Resonanzfre- quenz fres feststellen und auf die durch ein Gewicht hervorgerufene Frequenzverschiebung Δfres als Gewichtsinformation auswerten.
Figur 5 zeigt einen Fahrzeugsitz 2 mit einer Fahrzeugsitzleh- ne 4, einer Kopfstütze 5 und einer Fahrzeugsitzoberfläche 2. Eingezeichnet sind bevorzugte Anbringungsorte von erfindungsgemäßen Sensor-Reflektoren 6 auf dem Fahrzeugsitz 2. Um das Gewicht eines Fahrzeuginsassen 10 und darüber hinausgehend sogar seine Gewichtsverteilung auf dem Kraftfahrzeugsitz mög- liehst genau erfassen zu können, ist es von Vorteil, möglichst viele Sensorreflektoren 6 auf der Fahrzeugsitzoberfläche 3 anzuordnen . Um außerdem noch mehr über seine genaue Sitzposition zu erfahren, ist es von Vorteil, Sensor- Reflektoren 6 auch in der Fahrzeugsitzlehne 4 und in der Kopfstütze 5 anzubringen. So kann man beispielsweise herausfinden, ob ein Fahrzeuginsasse 10 an die Fahrzeugsitzlehne 4 angelehnt ist oder ob sein Kopf auf die Kopfstütze drückt.
Ein sowohl für die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 als auch für die zweite Ausführungsform gemäß Figur 3 geeigneter gewichtssensitiver Konden- sator C10 ist beispielsweise ein freigeätzter Hohlraum in einem mikromechanischen Halbleiterchip, bei dem die Kondensatorplatten durch das Halbleitermaterial des Chips voneinander auf Abstand gehalten werden. Es ist aber auch möglich, einen geeigneten Kondensator C10 aus parallel angeordneten Elasto- merfolien aufzubauen oder ähnliches. Die beiden Kondensatorplatten Cll und C12 sind insbesondere parallel zur größten Flächenausdehnung des Sensor-Reflektors 6 und parallel zu einer Kraftaufnahmefläche des Fahrzeugsitzes 2 auf diesem angeordnet, beispielsweise parallel zur Sitzoberfläche 3. Bei ei- ner mikromechanischen Realisierung des Kondensators C10 auf einem Halbleiterchip kann vorteilhafterweise auch weitere E- lektronik auf dem Chip angeordnet sein.
Figur 6a zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen geeigneten Kondensator C10 mit einem ersten Anschluss Cll, dessen Bezugszeichen zugleich die erste Kondensatorplatte Cll bezeichnet, und einem zweiten Anschluss C12, dessen Bezugszeichen zugleich die zweite Kondensatorplatte C12 bezeichnet. Wirkt eine Kraft F ≤ 0 auf die erste Kondensator- platte Cll so wird diese strichliert eingezeichnete Kondensatorplatte Cll nicht ausgelenkt. Ihr Abstand zu der zweiten Kondensatorplatte C12 ist di. Wirkt jedoch eine F > 0 auf die erste Kondensatorplatte Cll, so wird diese bis auf einen Abstand d2 an die zweite Kondensatorplatte C12 angenähert. Figur 5a zeigt beispielsweise einen Halbleiterkondensator C oder auch einen Folienkondensator C, bei denen jeweils die erste Kondensatorplatte Cll mittig durchgebogen wird. Figur βb zeigt einen geeigneten sog. Fingerkondensator CIO, wobei die erste Kondensatorelektrode Cll eine fingerartige Struktur aufweist, die auf Abstand gehalten wird zu einer zweiten Kondensatorelektrode C12 mit einer entsprechend komplementären Fingerstruktur, die in die Fingerstruktur der ersten Kondensatorelektrode Cll bei Annäherung eingreifen kann, ohne die erste Kondensatorelektrode Cll elektrisch zu kontaktieren. Wie in Figur 5a ist die Position der ersten Kondensatorelektrode C12 ohne Krafteinwirkung oder bei negativer Krafteinwirkung strichliert eingezeichnet und mit Krafteinwirkung in durchgezogener Linie. Dementsprechend sind die Abstände zur unteren Kondensatorplatte C12 wieder als größeres dl und als kleineres d2 eingezeichnet. Auch ein sol- eher Fingerkondensator CIO kann ebenfalls in Halbleiterstruktur gefertigt werden, wobei die gezeigte Figur 5b beispielsweise als Ausschnitt der mittig durchgebogenen Kondensatorstruktur der Figur 5a zu verstehen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erkennen der Position und des Gewichts mindestens einer Person (10) mit - einer mindestens einer Sende- und Empfangseinheit (9) für elektromagnetische Signale,
- mindestens einem Sensor-Reflektor (6) mit einer Antenne (A) zum Reflektieren eines Sendesignals (T) der Sende- und Empfangseinheit (9) als Sensor-Reflektorsignal (R) , - einer Auswerteeinheit (12), die mit der Sende- und Empfangseinheit (9) verbunden ist, dadurch gekennz eichnet , das s die Antenne (A) jedes Sensor-Reflektors (6) mit einer jeweils zugehörigen, gewichtsabhängig veränderlichen elekt- rischen Last (Z) verbunden ist, das Sensor-Reflektorsignal (R) eine von der Last (Z) aufgeprägte Gewichtsinformation über die Person (10) enthält und
- die Auswerteeinheit (12) Mittel zur Auswertung der Ge- wichtsinformation über die Person (10) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, da du r c h g e k e nn z e i c hn e t , da s s die Vorrichtung einen Oszillator (OSC) aufweist, der bei ei- ner gewichtsabhängigen Schwingungsfrequenz (f) schwingt und dadurch die Last (Z) gewichtsabhängig verändert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e n n z e i ch n e t , d a s s die Last (Z) einen Schalter (SlO) aufweist, dessen erster Anschluss (Sll) mit der Antenne (A) verbunden ist,
- dessen Steueranschluss (S13) mit eine Signalausgang (f_out) des Oszillators (OSC) verbunden ist und - dessen zweiter Anschluss (S12) mit einem Bezugspotential (GRD) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da du r c h g e k e n n z e i chn e t , da s s der Oszillator (OSC) ein schwingungsfrequenzbeeinflussendes Bauelement (CIO) aufweist mit einem für das Bauelement (CIO) charakteristischen, gewichtsabhängigen Wert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d adu r ch ge k e n n z e i ch n e t , da s s das schwingungsf equenzbeeinflussende Bauelement (CIO) ein Kondensator (CIO) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d adu r c h g e k e n n z e i ch n e t , da s s die Last (Z) durch einen Schwingkreis (LC) gebildet wird, - dessen Resonanzfrequenz (fres) gewichtsabhängig ist und dadurch die Amplitude des Sensor-Reflektorsignals (R) einen maximalen Wert bei der Resonanzfrequenz (fres) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennz eichnet , das s der Schwingkreis (OSC) ein resonanzfrequenzbeeinflussendes Bauelement (C10) aufweist mit einem für das Bauelement (C10) charakteristischen, gewichtsabhängigen Wert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d adu r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s die Last durch einen Serien- oder Parallelschwingkreis mit je einem Kondensator (C10) und einer Spule (L) gebildet wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das resonanzfrequenzbeeinflussende Bauelement (C10) ein Kondensator (C10) ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i ch n e t , da s s die Vorrichtung mehrere Sensor-Reflektoren (6) aufweist, die an der Sitzfläche und/oder an der Sitzlehne (4) und/oder an der Kopfstütze (5) eines Fahrzeugsitzes (2) angebracht sind.
11. Sensor-Reflektor (6) zum Erkennen der Position und des Gewichts mindestens einer Person (10), mit einer Antenne (A) zum Reflektieren eines Sendesignals (T) einer Sende- und Empfangseinheit (9) als Sensor-Reflektorsignal (R) und mit einer elektrischen Last, die mit der Antenne (A) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , das s die Last (Z) einen gewichtsabhängig veränderlichen Wert aufweist und das Sensor-Reflektorsignal (R) eine von der Last (Z) aufgeprägte Gewichtsinformation über die Person (10) enthält.
12. Verfahren zum Erkennen der Position und der Gewichtskraft mindestens einer Person (10) bei der mindestens eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird und folgende Verfahrenschritte ablaufen: - Aussenden eines Sendesignals (T) durch die Sende- und Empfangseinheit (9) , Empfangen des Sendesignals (T) durch den Sensor-Reflektor (6),
- Aufprägen einer Gewichtsinformation über die Person (10) auf das Empfangssignal durch den Sensor-Reflektor (6) ,
- Reflektieren des mit der Gewichtinformation versehenen Empfangssignals als Sensor-Reflektorsignal (R) , Empfangen des Sensor-Reflektorsignals (R) durch die Sende- und Empfangseinheit (9) und - Bestimmen der Gewichtsinformation über die Person (10) aus dem von der Sende- und Empfangseinheit (9) empfangenen Sensor-Reflektorsignal (R) .
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