專利名稱：用于檢測車輛座位的乘員的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及車輛座位中乘員的檢測，特別地，涉及使用電容式檢測系統(tǒng)的檢 測。
背景技術：
如這里所使用的，乘員檢測系統(tǒng)是指適合于對車輛座位的乘用狀態(tài)進行檢測的系 統(tǒng)。一些電場傳感器或近程傳感器所稱的電容式傳感器特指響應于在電容式傳感器所發(fā)射 的電場作用下被感測的事物(人、人身體的部分、寵物、物體等)的影響來產生信號的傳感 器。電容式傳感器一般包含至少一個電極，當傳感器工作時，對該電極施加振蕩電信號，并 且隨即該電極向該電極附近空間的區(qū)域中發(fā)射電場。當乘員或物體置于該空間區(qū)域中時， 其與電場發(fā)生相互作用，并且通過電容式傳感器對該相互作用進行檢測。在乘用感測領域中，已知電容式傳感系統(tǒng)和相關方法的許多變體。本發(fā)明使用包 括至少第一電極、第二電極、以及夾入所述第一和第二電極之間的電絕緣層的電極配置。當 放置在車輛座位中時，電極布置的這樣取向第一電極朝向座位表面，當乘員坐在座位上時 與其接觸；而第二電極背向該座位表面。對于本領域的技術人員將清楚，這樣，第一電極 (稱為“感測”電極)和乘客艙中與第一電極相對放置的接地表面構成了第一電容器的電容 器極板。這些電容器極板之間的空間包括可以被座位乘員乘用的車輛座位上方的空間。因 此，第一電容器的電容取決于座位的乘用狀態(tài)(即取決于是成人、兒童、寵物、還是空置或 乘用的兒童座椅等放置于其上)。為了降低系統(tǒng)關于位于第二電極之后空間(從第一電極 看)的靈敏度，已知以與第一電極基本相同的電壓驅動第二電極(被稱為“屏蔽”電極)。 在該上下文中，“相同電壓”意味著具有相同幅度和相位的電壓。本領域的技術人員將意識 至IJ，第二電極構成了另一個電容器的第一電容器極板，該電容器的電容(下文稱為第三電 容)取決于第二電極之后的物體。例如，第三電容器的第二電容器極板可以是座架、座板、 座加熱器等。在第一電容測量的任何時刻，第二電極在與第一電極基本相同的電勢上，兩個 電極之間的電場基本為零。這為第一電極提供了對任何所涉及的不確定性以及第三電容變 化的屏蔽，并且顯著增加了在乘員方向中第一電極的靈敏度。例如，已經在EP 1 457 391 Al中提議了這種電容式座位乘用分類系統(tǒng)和方法。在 機器人領域中用于電容式近程感測目的的類似的電極結構從US5，166，679 (Vranish等)中 已知。電容式乘員檢測系統(tǒng)的挑戰(zhàn)是對濕座套的可靠檢測，其可能導致錯誤的乘員檢 測。Stanley的US專利6，392，542教導了包含電極布置的電場傳感器，該電極布置具有可 安裝在座位中、并且可操作耦合到感測電路的感測電極和屏蔽電極，該感測電路在對座位 潮濕“最弱響應”情況下將振蕩或者脈沖信號施加到電極。Stanley提議了對響應于施加在 感測電極上的、頻率優(yōu)選大于400kHz的電壓而流向感測電極的電流的相位和幅度進行測 量，以便對乘用或者空閑的座位進行檢測并且對座位潮濕進行補償。技術問題
本發(fā)明的目標是提供改進的車輛座位乘用狀態(tài)的檢測。通過權利要求1中所述的 方法和權利要求12中所述的系統(tǒng)實現(xiàn)該目標。

發(fā)明內容
如前文中簡要解釋的，本發(fā)明涉及乘員檢測系統(tǒng)，其具有用于放置在汽車座位中 的電極布置，其中，電極布置包括第一電極、第二電極、以及夾入第一和第二電極之間的電 絕緣層，其中該第一電極用于將電場發(fā)射到車輛座位上的檢測區(qū)域內。當將電極布置放置 在座位中時，第一電極與車輛接地構成第一電容器，該第一電容器具有通過在檢測區(qū)域內 的乘用項與電場相互作用由乘用項可影響的第一電容，第一電極與第二電極構成具有第二 電容的第二電容器，并且第二電極構成具有第三電容的第三電容器的第一電容器極板?？?以由在車輛接地電勢上的導電表面或者由車輛座位中其他導電表面構成的第三電極構成 第三電容器的第二極板，例如，座加熱器、座板或者布置在第二電極之后(如從第一電極來 看的)的第三電極。作為座位乘用狀態(tài)的第一指示符，確定在使第一電極將電場發(fā)射到檢 測區(qū)域內和第二電極操作為第一電極的驅動屏蔽期間的時間間隔中第一電容的測量結果。 本領域的技術人員將意識到，如這里所使用的，電容“測量”是想要包含可以從其中得到電 容的任何所測量的物理量或者所測量的物理量的組合。根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，對第 一、第二和第三電容中的至少一個的波動進行測量，并且對所測量波動的頻譜進行分析。該 分析產生座位乘用狀態(tài)的第二指示符?；趯Φ谝浑娙莸臏y量和所測量波動的頻譜得到座 位乘用狀態(tài)。本發(fā)明的第一方面涉及對乘用狀態(tài)進行檢測的方法，本發(fā)明的第二方面涉及 具有如上文所述的電極布置的乘員檢測系統(tǒng)、以及可操作連接到第一和第二電極的估計電 路，對第一和第二電極進行配置和布置，使其根據(jù)所述方法工作。發(fā)明人已經意識到，第一、第二和/或第三電容的波動 (即，在一定時間期間所記 錄的電容測量序列)不僅僅是孤立的電容測量本身，還代表了乘用狀態(tài)的附加指示符。到 目前為止，將電容的波動視為干擾并且一直在諸如通過數(shù)據(jù)平滑減少測量“噪聲”方向上進 行努力。目前，尚未發(fā)現(xiàn)利用波動譜作為座位乘用的附加指示符。本領域的技術人員將意 識到，汽車、座位和乘員一起構成了具有多種振蕩模式和對應的特征頻率的機械振蕩器的 復雜系統(tǒng)。已經發(fā)現(xiàn)，可以從電容的波動中得到坐在汽車座位上的人的特征頻率。特別地， 波動的頻譜包括一定數(shù)目的、由座位及其可能乘員或者放置在其上的物體施加的振動造成 的波峰。這些振動以及因此的特定頻譜波峰集合是座位乘用狀態(tài)的特征，座位乘用狀態(tài)即， 它是空的、成年人乘用的、還是兒童座椅等。因此，對波動的頻譜的分析優(yōu)選涉及從0. 25Hz 一直到25Hz的范圍，并且更優(yōu)選從0. 5Hz到25Hz。如應該意識到的，一方面，第一電容即這 里所認為的第一指示符的測量主要取決于乘用項的電屬性，即乘用項(如這里所使用的， 該項可以指定可能乘用車輛座位的任何物體或者生物)是良好的電導體還是更像電介質。 乘用項的大小和質量可以對電容有影響，但經驗顯示這僅僅是較小程度的影響。另一方面， 所考慮電容的波動的頻譜首要取決于乘用項的機械屬性，例如，大小、重量、重量分布等。因 此，在某種意義上，兩個指示符是相互獨立的，這樣增加了估計電路可用的用于乘用狀態(tài)估 計的信息?？梢允褂脧碾娙莶▌拥玫降牡诙甘痉駴Q從單獨考慮第一指示符得到的乘用 狀態(tài)。這在潮濕座套的情況下特別有用在該情況下，第一電容的測量可能指示座位由諸如小個子成年人的人乘用，而由于具有潮濕座套的空閑座位的振動與具有干燥座套的空閑座 位的振動沒有明顯不同，所以第二指示符將指示空閑座位。在該情況下，讓第二指示符否決 第一指示符將是合適的。可以在估計電路中基于附加到每個指示符的置信級別或者“可信 性”標志實現(xiàn)這種“否決”。根據(jù)使用諸如簇分析、神經網絡、最近鄰方法等常規(guī)模式識別算 法，可能實現(xiàn)乘員類別的得出。本領域的技術人員將意識到存在用于確定電容的許多方式，例如，通過測量電極的充電時間、對給定的所施加電壓的電荷累積、響應于一定所施加電壓而流入電極中的電 流等。應該理解，當使第一電極將電場發(fā)射到檢測區(qū)域中并且將第二電極操作為第一電極 的驅動屏蔽時，估計電路可以確定第一電容的波動?？商鎿Q地或者附加的，當使第一電極 將電場發(fā)射到檢測區(qū)域中并且將第二電極操作為第一電極的驅動屏蔽時，估計電路還可以 確定第三電容的波動。如果要確定第二電容的波動，最好在第二電極不操作為第一電極的 驅動屏蔽期間的時間間隔中實現(xiàn)。同樣，如果要確定第二電容的波動，夾入到第一和第二 電極之間的電絕緣體最好包括其電容率取決于作用在其上的壓力的材料、駐極層或者壓電 層。例如，作為電容率取決于作用在其上的壓力的材料，可以使用包含彈性基質(例如，橡 膠、泡沫、彈性塑料、聚合體等)的復合材料，其具有均勻散布在其中的填充材料顆粒，以這 種方式，當材料受到壓力時，基質經歷變形并且填充物顆粒移動得更接近一起。填充材料和 彈性基質最好具有極其不同的電容率，使得總電容率的動態(tài)范圍最大。例如，可以使用具有 在MPa范圍(例如，從0.5-5MPa)內的彈性系數(shù)、具有相對低電容率的基質材料，并且使用 BaTiO3或者TiO2作為填充材料。可替換地，可以使用具有相對高電容率的基質材料以及具 有相對低電容率的填充顆粒。應該注意，除了電容率作為壓力的函數(shù)而改變的材料之外，電 絕緣層可以包含其他層。然而，如果電極之間的電絕緣體由如上文所述的復合材料組成，并 且如果在該材料中使用導電填充顆粒，那么應該對基質材料中這些填充顆粒的密度進行選 擇，使得最大期望壓縮不使復合材料導電(如果，通過由于壓縮的體積改變，超出了復合材 料的滲濾閾值)。當然，如果在第一和第二電極之間存在至少一個附加層，那么這種對導電 填充顆粒密度的約束就不是必須的，該附加層確保即使在壓力下電極仍保持彼此電絕緣。優(yōu)選地，對估計電路進行配置和布置，以便確定當使第一電極將電場發(fā)射到檢測 區(qū)域內并且第二電極操作為驅動屏蔽時流入第一電極的電流并且從流入第一電極的電流 得到第一電容的測量結果。有利地，對估計電路進行配置和布置，以便從流入第一電極的電流中得到第一和/ 或第二電容的波動。在該實施例中，例如，估計電路可以在給定時間間隔期間記錄第一電容 的測量結果，并且隨后從這些測量結果中得到乘用狀態(tài)的第二指示符。有利地，對估計電路進行配置和布置，以便確定當使第一電極將電場發(fā)射到檢測 區(qū)域內并且將第二電極操作為驅動屏蔽時流入第二電極的電流，并且從流入第二電極的電 流中得到第三電容的波動。優(yōu)選地，估計電路在測量第一電容的同時對第三電容進行測量。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，對估計電路進行配置和布置，以便至少工作在第一種 和第二種工作模式中，第一種和第二種工作模式不同時執(zhí)行。在第一種工作模式中，使第一 電極將電場發(fā)射到檢測區(qū)域內并且將第二電極操作為第一電極的驅動屏蔽，對在使第一電 極將電場發(fā)射到檢測區(qū)域內并且將第二電極操作為驅動屏蔽期間的時間間隔內流入第一 電極的電流進行測量，并且從該電流得到第一電容的測量結果。第二種工作模式專用于確定第二和/或第三電容的波動。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在第二種工作模式中，估計電路在第一和第二電極之 間施加交流電壓，確定響應于交流電壓流入第一和/或第二電極的電流，并且從響應于交 流電壓而流入第一和/或第二電極的電流得到第二電容的波動。在該實施例中，夾入第一 和第二電極之間的電絕緣層最好包括電容率隨著施加給它的壓力的函數(shù)而變化的材料。如 果使用這種材料，電容的波動就不僅僅由第一和第二電極之間絕緣層厚度的變化造成，使 得電容的波動相對于其電容率在壓縮下幾乎保持不變的情況放大。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，電絕緣層包含駐極層和/或壓電層，并且對估 計電路進行配置和布置，以便在第二種工作模式下確定在第一和/或第二電極中通過駐極 或壓電層所引起的電流(響應于施加在駐極或壓電層的壓力)，并且從所引起的電流中得 到第二電容的波動。本領域的技術人員將意識到，如果電絕緣層包含駐極或壓電層，由于當 施加壓力時，即當電極布置受到機械振動時，駐極或壓電層本身使電流流動，所以為了確定 第二電容或者其改變通過附加電壓源的方式施加電勢差不是必須的。根據(jù)本發(fā)明的另一個可能實施例，對估計電路進行配置和布置，使得在第二種工 作模式中，將第一電極操作為第二電極的驅動屏蔽并且對第三電容的波動進行測量。鑒于在乘員檢測系統(tǒng)的之前討論的實施例中，第三電容器的第二極板最好由車輛 艙的接地表面構成，在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，電極布置包括第三電極，其構成了第 三電容器的第二電容器極板。最好地，第二和第三電極夾入包含駐極層或壓電層的電絕緣 層，使得第三電容由于振動產生的波動增強。甚至更優(yōu)選地，在該情況下對估計電路進行配 置和布置，以便對流入第三電極的電流進行測量。最優(yōu)選地，對估計電路進行配置和布置， 以便至少在兩種工作模式中工作，其中，估計電路在第一種工作模式中確定流入第一電極 的電流，并且從流入第一電極的電流中得到第一電容的測量結果，并且在第二種工作模式 中確定流入第三電極的電流，并且從流入第三電極的電流中得到第三電容的波動。優(yōu)選地，估計電路從第二和/或第三電容的測量結果中得到座位上的負載。優(yōu)選 地，施加在座位上的負載的測量包含取所述第二和/或所述第三電容的波動的平均。如應意識到的，可以以各種方式實現(xiàn)估計電路。例如，它可以包含或者實現(xiàn)為專用 集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器等。


現(xiàn)在將參考附圖、通過舉例的方式對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述，其中圖1是汽車座位中的乘員的示意性側視圖；圖2是電容式乘員檢測系統(tǒng)的示意性視圖；圖3是乘員檢測系統(tǒng)的估計電路的第一實施例的簡化的等效電路圖；圖4是機械振蕩器系統(tǒng)汽車_座位_乘員的示意性說明；圖5是乘員檢測系統(tǒng)的估計電路的第二實施例的簡化的等效電路圖；圖6是乘員檢測系統(tǒng)的估計電路的第三實施例的簡化的等效電路圖；圖7是乘員檢測系統(tǒng)的估計電路的第四實施例的簡化的等效電路圖；圖8是圖7的估計電路變體的簡化的等效電路圖；圖9是乘員檢測系統(tǒng)的估計電路的第五實施例的簡化的等效電路圖。
具體實施例方式圖1示出了坐在裝配有電容式乘員檢測系統(tǒng)14的車輛座位12中的乘員10。乘員檢測系統(tǒng)14包括電極布置16和估計電路20，電極布置16安置在車輛座位12的座椅部分 18的表面之下。在圖2中更加詳細地示出了乘員檢測系統(tǒng)14。電極布置16包括具有基本上平面的第一電極22、基本上平面的第二電極24、以及布置在電極22和24之間的電絕緣層26的夾層結構。電極布置16可能采用各種配置，例 如，可以將第一和第二電極提供為彈性電絕緣膜(例如，PET膜、PEN膜、PI膜等)的兩側面 上的印刷導電層?？商鎿Q地，可以在獨立的承載膜上承載電極。至少一個承載膜可以作為 電絕緣隔離片?？商鎿Q地，可以使用附加的隔離片，例如，附加的膜、板或者織物。電極還可 以是導電織物層，通過絕緣織物(例如，經編隔離片織物)或者膜對其進行隔離。其它合適 的結構對于本領域的技術人員將是顯而易見的。應該注意，每個電極可以在其外邊界內構 成閉合表面，但是不一定必須構成這種閉合表面。例如，每個電極可以具有其中有開口或者 間隙(與具有閉合表面的形式相反)的連續(xù)導電圖形的形式，例如，以在迂回路線、晶格圖 形、網格圖形、或者這些例子的組合等上延伸的金屬線的形式。應該理解，術語“基本上平面 的”是想要覆蓋這樣的電極配置其中，例如，當電極彎曲或者起伏、但是與其橫向維度相比 相對薄時，電極不嚴格地包含在平面中。在所示的實施例中，估計電路包括振蕩器28 (例如，壓控振蕩器或者數(shù)控振蕩器)和電流測量電路30，振蕩器28可操作連接到第二電極24，電流測量電路30可操作連接到 第二電極24和第一電極22之間。當電極布置16位于車輛座位18的座椅部分中(或者可替換地，座椅靠背中)時，第一電極22與周圍的車輛艙接地表面32，例如，與艙頂中的金屬部分、車門、儀表盤和/或 地板構成第一電容器。在參考標號34處示出了第一電容器的電容(“第一”電容)。注意 到第一電容取決于車輛座位12的乘用狀態(tài)(即，例如，是成年人、兒童、寵物、還是兒童座椅 等乘用了第一電容器極板之間的空間)，是重要的。第一電極22和第二電極24 —起構成 了第二電容器(具有在參考標號36處示出的“第二”電容的電容)。同樣，第二電極24與 周圍的車輛艙接地表面32構成第三電容器。在參考標號38處示出了第三電容器的“第三” 電容。當要確定第一電容34時，振蕩器28給第二電極24施加振蕩電壓，而電流檢測電路30在第一電極22上維持具有與第二電極上的電壓基本相同幅度和相位的電壓。在第一 電容34的測量期間，第二電極24因此維持在與第一電極22基本相同的電勢上。因此，第 一電極22的靈敏度僅指向車輛座位12上方的空間內。換言之，第二電極24對第一電極22 進行屏蔽，并且防止它與位于第二電極24之后(如從第一電極22所看到的)的例如，座椅 加熱器40、座椅底盤等的物體發(fā)生電容式耦合。為了實現(xiàn)對第一電極22的有效屏蔽，第二 電極26最好在尺寸上比其稍微大一些如圖2中所示的。在圖1中大致示出了當要確定第 一電容34時從第一電極發(fā)出的電場線44的路線。僅僅為了畫圖清楚的目的，將乘員10畫 成與座椅部分18相距一定距離。本領域的技術人員將意識到，響應于施加在第一電極22 的具有預定幅度的振蕩電壓，流入第一電極22的電流取決于第一電容，并且因此取決于座 位12的乘用狀態(tài)。因此，可以從流入第一電極的電流得到第一電容的測量結果，并且因此獲得乘用狀態(tài)的第一指示符。圖3示出了電容式乘員檢測系統(tǒng)的第一實施例的(簡化的)等效電路圖。振蕩器 28將AC電壓施加到第二電極24。放大器46和反饋阻抗47 —起構成跨阻放大器，其將第 一電極22上的電壓維持為基本等于第二電極24上的電壓。這樣，跨阻放大器將流入第一 電極22的電流轉換成在放大器輸出48處的電壓。由于在該測量的任何時刻第一電極22 都在與第二電極24基本相同的電勢上，所以通過第二電容38的電流基本上保持為零。因 此，流入第一電極的電流幾乎僅專門取決于第一電容34?；祛l器49和低通濾波器50將放 大器46的AC輸出轉換成DC電壓，該DC電壓取決于第一電容34。將該電壓饋送到微控制 器51的模擬-數(shù)字轉換器(ADC)輸入。混頻器50最好包含時鐘矯正器，其輸出正比于放 大器46所輸出的與第二電極24上的電壓同相的電壓分量的DC信號以及/或者正比于放 大器46所輸出的相對于第二電極24上的電壓90度-相移(-phase-shifted)的電壓分量 的DC信號。例如，為了校準的目的，還可以在將混頻器50所輸出的DC信號饋送到微控制 器51之前對其進行處理。由于即使電容34接近于零，在放大器46的輸出處仍存在AC電 壓，并且因此在低通濾波器的輸出處存在信號，所以在混頻器50之前或者之后最好減去該 偏移量(在圖中未示出)。圖4示意性地示出了由汽車、座位和乘員構成的機械振蕩器的系統(tǒng)模型(基 于 IKA，RWTH Aachen 的文章 “Comfort Assess of Vehicles，，，從網址 http: //www, ika. rwth~aachen. de/lehre/kfz~labor/4 comfort en. 在線可獲得)。應該注意到，該模 型是高度簡化的。當車輛在道路上行駛時，其不均勻性轉化成傳送到輪胎、底盤53、馬達單 元、座位12和乘員10的振動。因此造成了系統(tǒng)的各種機械振蕩器在它們各自諧振頻率上 振蕩的。在圖4中指出了這些振蕩器在ζ方向(圖4中的垂直方向)的諧振頻率的范圍的 例子。典型地，底盤53的諧振頻率包含在從IHz至2Hz的范圍內，車輪的諧振頻率包含在 從大約8Hz至15Hz的范圍內，并且馬達單元的諧振頻率在從大約12Hz至15Hz的范圍內。 乘員的身體也可以被認為是機械振蕩器系統(tǒng)，其具有在2. 5Hz至3Hz (身體-座位)、4Hz至 5Hz (胃)、大約7Hz (心臟)、3Hz至5Hz (身體-肩膀)和大約20Hz (頭部)范圍內的諧振頻 率。本領域的技術人員應該理解，當座位12是空的或者承載物體(例如，兒童座椅、包等) 時，某些諧振頻率將不存在于系統(tǒng)中(而其它的可能存在)。例如，對于空的兒童座椅(輕 綁在座位上)或者輕物體，可以觀測到在高于大約IOHz頻率范圍內的諧振。對于輕綁的被 乘用的兒童座椅，在大約7Hz時就已經可以發(fā)生諧振。如果兒童座椅輕綁于座位，典型地諧 振位于25Hz以上。這樣，對系統(tǒng)振動的分析提供了座位12乘用狀態(tài)的指示。在本發(fā)明中，通過第一、第二和第三電容中的至少一個的波動對座位的振動及其可能的乘員進行檢測。在圖3的實施例中，微控制器51在預定義的時間間隔(典型地，幾十秒，優(yōu)選是5 至30秒)期間對第一電容的測量結果進行記錄并分析其波動，所述分析是例如通過對如此 獲得的波形執(zhí)行傅里葉變換并且檢測波動的頻譜中的波峰進行的。第一電容的測量結果在 平均值周圍波動。該平均值可以作為乘用狀態(tài)的第一指示符，而乘用狀態(tài)的第二指示符可 以從第一電容的波動中尋回。本領域的技術人員將意識到，根據(jù)本發(fā)明的教導工作的系統(tǒng) 可以更可靠地對車輛座位的乘用狀態(tài)進行檢測。例如，由于即使第一電容的測量結果類似 于在成年人乘員情況下所期望的測量那樣，但是對第一電容測量結果波動的分析將揭示波動的頻譜中不存在典型的波峰，所以上述潮濕座套問題明顯緩解。當然，還可以將波動分析 與旨在檢測潮濕座套的、例如在多個頻率上測量的進一步測量組合。在下文討論的實施例中，通過第二電容或者第三電容的波動對車輛座位和任何乘 用項(物體、寵物、成年人、兒童、空閑或者乘用的兒童座椅等)進行檢測。圖5示出了電容式乘員檢測系統(tǒng)的第二實施例的(簡化的)等效電路圖。圖5的 估計電路對第一電容34、第三電容38與第一和第二電容34、36的串聯(lián)電容的總和同時進行 測量。與在圖3的系統(tǒng)中不同，振蕩器28沒有直接連接到第二電極24，而是間接通過由放 大器56和阻抗57構成的第二跨阻放大器與其相連接。第二跨阻放大器56、57將第二電極 24上的電壓維持在與振蕩器28的輸出相同的水平上，并且將流入第二電極36的電流轉換 成在參考標號58處輸出的AC電壓。流入第二電極24的電流對應于(a)流經第三電容38 的電流和(b)流經第一電容34和第二電容36串聯(lián)的電流的總和?；祛l器59和低通濾波 器60將放大器56的AC電壓輸出轉換成DC電壓，并且將其饋送到微控制器51中。
用于確定第一電容的測量結果的電路(跨阻放大器46、47，混頻器49和低通濾波 器50)與圖3中的相同。圖5的微控制器51可以記錄第一電容的測量結果和/或流入第 二電極的電流的測量結果，以確定其波動并且得到振動的頻譜。第一電容測量結果的平均 值再次作為乘用狀態(tài)的第一指示符，而從第一電容的波動、或者那些流入第二電極的電流、 或者二者中得到乘用狀態(tài)的第二指示符。然而，在圖3和5的實施例中，與電容的波動有關的測量與第一電容34的測量基 本同時進行，對于圖6-8的實施例，情況不是這樣的。在這些實施例中，將估計電路配置為 用于在至少兩種不同模式中順序工作，這些模式中的第一種專用于檢測第一電容的測量， 并且這些模式中的第二種專用于檢測第二電容36的波動。在圖6的實施例中，估計電路通過開關61和62在兩種工作模式之間可切換。當開 關61和62在所示的位置處(第一種工作模式)時，圖6電路的工作部分等效于圖3中所 示的電路，并且如關于該實施例所描述的那樣工作。當開關61和62在另一個位置處(在 第二種工作模式中)時，將放大器46的正輸入連接到AC電壓，其幅度比施加在第二電極 24上的AC電壓的幅度低。(阻抗63和64構成分壓器，其在節(jié)點65處提供電壓，其幅度相 對于第二電極24上的電壓降低但是具有相同的相位)。開關62用于在阻抗47和67之間 進行選擇，并且因此對跨阻放大器的放大因數(shù)進行調整。通過放大器46和反饋阻抗67的 反饋行為，將第一電極保持在與分壓器輸出65相同的電勢上，其意味著以與第二電極24上 的電壓具有相同相位但是具有不同幅度的交流電壓驅動第一電極22。因此，在第二電容36 上存在電壓差，并且結果，存在通過第二電容36的(非零)電流。由于該電流明顯大于通 過第一電容34的電流，所以在第二種工作模式中，跨阻放大器幾乎僅將該電流轉化成在其 輸出48處的輸出電壓。第一和第二電容的重大差異也是跨阻放大器的放大因數(shù)優(yōu)選可調 整到該工作模式的原因。在第二種工作模式中，低通濾波器50的輸出取決于第二電容。因 此，在第二種工作模式中，通過微控制器51對第二電容的波動進行記錄和分析。該分析可 以類似于參考圖3所描述的對第一電極的波動的分析。在兩種工作模式之間的切換通過微 控制51周期地實現(xiàn)。估計電路進一步確定第二電容的平均值，該平均值取決于電極布置的 平均壓縮，并且因此取決于乘員的重量。如此獲得的重量測量結果作為車輛座位12乘用狀 態(tài)的第三指示符。本領域的技術人員將意識到，在可以提供波動的頻譜分析的“動態(tài)”重量估計之外獲得從電極布置的平均壓縮中得到的重量值。這樣，使用第三指示符使乘用狀態(tài) 的確定處于更加堅實的基礎上。本領域的技術人員將意識到，在圖6實施例中第二電容36的波動可能是由于第一 電極22相對于第二電極24的振動(使得電極22、24之間的距離根據(jù)座位12所受到的振 動而變化)。因此，夾入第一和第二電極之間的電絕緣層26最好是可壓縮的。然而，更優(yōu)選 地，電絕緣層包含一種材料，其電容率取決于材料的壓縮。可選地，該實施例中的電絕緣層 還可以包含駐極層或者壓電層。如上文所指出的，這種材料將第二電容36的振動進行相當 可觀的放大。在圖7的實施例中，估計電路也通過開關71和72在兩種工作模式之間可切換。當 開關71和72在所示的位置處(第一種工作模式)時，圖7電路的工作部分等效于圖3中 所示的電路，并且如關于圖3的實施例所描述的那樣工作。當開關71和72在所示的另一 個位置處(第二種工作模式)時，放大器46和76的正輸入連接到接地32，并且現(xiàn)在第一電 極22連接到由放大器76和阻抗77組成的第二跨阻放大器。在該實施例中，第一電極22 和第二電極24之間的絕緣層26由駐極材料或者壓電材料組成。任何施加在由第一和第二 電極 構成的電容器上的壓力改變(由于振動的壓縮)生成到跨阻放大器76、77的電荷轉移 (即，電流)。通過低通濾波器80對放大器76的輸出78進行濾波，并且將其路由到微控制 器10的ADC輸入。在估計電路的第二種工作模式中，微控制器51因此記錄流入第一電極 22的電流波動，在該情況下，其對應于第二電容36的波動。對這些波動的分析可以與參照 圖3所描述的分析類似。如在前面實施例中那樣，通過作用在開關71和72上，微控制器51 使估計電路在兩種工作模式之間周期性地進行切換。圖8示處了圖7的實施例的變體。同樣，估計電路通過開關81和82在兩種工作 模式之間可切換。當開關81和82在所示的位置處(第一種工作模式)時，圖8的電路的 工作部分等效于圖3中所示的電路，并且如關于圖3的實施例所描述的那樣工作。在第二 種工作模式中(當開關81和82在另一個位置處時)，圖8的電路類似于圖7的電路那樣 工作(開關71和72在“第二種模式”位置處)。本領域的技術人員將注意到，在圖8的實 施例中，通過由放大器46和阻抗87所構成的跨阻放大器來擔任跨阻放大器76、77的功能。 在第二種工作模式中，將放大器46的正輸入連接到接地32，并且通過阻抗87提供反饋阻 抗。在該變體中，第一電極22和第二電極24之間的絕緣層26也由駐極材料或者壓電材料 組成。任何施加在由第一和第二電極構成的電容器上的壓力改變(由于振動的壓縮)生成 到跨阻放大器46、87的電荷轉移(即，電流)。通過低通濾波器90對放大器46的輸出48 進行濾波，并且將其路由到微控制器51的ADC輸入。因此在估計電路的第二種工作模式 中，微控制器51記錄流入第一電極22的電流的波動，在該情況下，其對應于第二電容36的 波動。對這些波動的分析可以與參考圖3所描述的分析類似。如在圖6的實施例中那樣， 通過作用在開關81和82上，微控制器51使估計電路在兩種工作模式之間周期性地進行切 換。本領域的技術人員將意識到，在圖7和8的實施例中，還可以使用電極布置的平均壓縮 作為重量測量結果，可以依賴其來確定乘用狀態(tài)。在圖9中示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的估計電路的簡化的等效電路圖。如在 之前的實施例中，第一電極與車輛接地構成了具有電容34的第一電容器，并且第一電極22 和第二電極24 —起構成了具有電容36的第二電容器。然而，本實施例的電容布置包含第三電極25，第二電極24與第三電極25構成具有電容39的第三電容器。(第三電極還與車輛地面構成第四電容器，但是不對其進一步考慮)。第二和第三電極24、25夾入電絕緣層， 其包含壓電層或者駐極層(圖9中未示出)。估計電路通過開關91在兩種工作模式之間可切換。當開關91在所示的位置處 (對應于第一種工作模式)時，如圖3的實施例中那樣對第一電極22和第二電極24進行連 接，并且估計電路如關于圖3的實施例所描述的那樣工作。在該情況下，由放大器86和阻 抗87所提供的跨阻放大器使第三電極上的電壓保持在基本等于通過振蕩器28施加到第二 電極上的振蕩電壓。當開關91在另一個位置處并且72在所示位置(對應于第二種工作模式)處時， 將第二電極連接到接地32并且將放大器86的正輸入也連接到接地32。如果第三電容器受 到振動，駐極層或者壓電層在第三電極25中引起電荷(以及由此的電流)，其被轉換成跨阻 放大器86、87輸出處的電壓。在低通濾波器100中對該輸出進行濾波，并且將其前向傳送 到微控制器51的ADC輸入。微控制器51對在電極25中所引起的電流(其對應于第三電 容的波動)進行記錄，并且對所記錄的數(shù)據(jù)執(zhí)行頻譜分析，以便得到乘用的第二指示符。微 控制器51使開關91周期性地在兩種工作模式之間切換估計電路。
權利要求
一種使用乘員檢測系統(tǒng)對車輛座位乘用狀態(tài)進行檢測的方法，所述乘員檢測系統(tǒng)包含用于放置在所述車輛座位中的電極布置，所述電極布置包括第一電極、第二電極、以及夾入所述第一電極和所述第二電極之間的電絕緣層，其中所述第一電極用于將電場發(fā)射到所述車輛座位上方的檢測區(qū)域內；其中，在使用所述乘員檢測系統(tǒng)期間，所述第一電極與車輛接地構成具有第一電容的第一電容器，其通過在所述檢測區(qū)域內的乘用項與所述電場相互作用由所述乘用項可影響，所述第一電極與所述第二電極構成具有第二電容的第二電容器，并且所述第二電極與第三電極和車輛接地中的至少一個構成具有第三電容的第三電容器；所述方法包括確定在使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內并且將所述第二電極操作為所述第一電極的驅動屏蔽期間的時間間隔中所述第一電容的測量結果；所述方法的特征在于對所述第一電容、所述第二電容和所述第三電容中的至少一個的波動進行測量，對所測量波動的頻譜進行分析，并且基于所測量的第一電容和所述頻譜得到所述座位的乘用狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內 并且將所述第二電極操作為所述第一電極的驅動屏蔽期間的所述時間間隔中對所述第一 電容和/或所述第三電容的波動進行測量。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，在將所述第二電極不操作為所述第一電極的驅 動屏蔽期間的時間間隔中對所述第二電容的波動進行測量。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的方法，其中，對所述頻譜的所述分析包含對一直 到25Hz的頻譜范圍的分析。
5.如權利要求1至4中任意一項所述的方法，包括確定在使所述第一電極將電場發(fā) 射到所述檢測區(qū)域內并且將所述第二電極操作為驅動屏蔽期間的所述時間間隔中流入所 述第一電極的電流并且從流入所述第一電極的所述電流中得到所述第一電容的所述測量 結果。
6.如權利要求5所述的方法，包含從流入所述第一電極的電流中得到所述第一電容和 /或所述第二電容的所述波動。
7.如權利要求1至6中任意一項所述的方法，包括確定在使所述第一電極將電場發(fā) 射到所述檢測區(qū)域內并且將所述第二電極操作為驅動屏蔽期間的所述時間間隔中流入所 述第二電極的電流并且從流入所述第二電極的所述電流中得到所述第三電容的波動。
8.如權利要求5所述的方法，包含在所述第一電極和所述第二電極之間施加交流電 壓，確定響應于所述交流電壓流入所述第一電極和/或所述第二電極的電流，并且從響應 于所述交流電壓流入所述第一電極和/或所述第二電極的所述電流得到所述第二電容的 所述波動。
9.如權利要求5所述的方法，其中，所述電絕緣層包含駐極層和壓電層的至少一個，所 述方法包含確定在所述第一電極和/或所述第二電極中通過所述駐極或壓電層所引起的 電流，并且從所引起的電流中得到所述第二電容的所述波動。
10.如權利要求5所述的方法，包含將所述第一電極操作為所述第二電極的驅動屏 蔽，確定當所述第一電極操作為驅動屏蔽時流入所述第二電極的電流，并且從當所述第一電極操作為驅動屏蔽時流入所述第二電極的所述電流中得到所述第三電容的波動。
11.如前述權利要求中任意一項所述的方法，包含基于所述第二電容和/或所述第三 電容確定施加在所述座位上的負載的測量結果。
12.如權利要求11所述的方法，其中，確定施加在所述座位上的所述負載的所述測量 結果包含取所述第二電容和/或所述第三電容的波動的平均。
13.一種乘員檢測系統(tǒng)，包括用于放置在自動車輛座位內的電極布置，所述電極布置包括第一電極、第二電極以及 夾入所述第一電極和所述第二電極之間的電絕緣層，其中所述第一電極用于將電場發(fā)射到 所述車輛座位上方的檢測區(qū)域內；其中，在使用所述乘員檢測系統(tǒng)期間，所述第一電極與車 輛接地構成具有第一電容的第一電容器，其通過在所述檢測區(qū)域內的乘用項與所述電場相 互作用由乘用項可影響，所述第一電極與所述第二電極構成具有第二電容的第二電容器， 并且所述第二電極與第三電極和車輛接地的至少一個構成具有第三電容的第三電容器；可操作連接到所述第一電極和所述第二電極的估計電路，其中，對所述估計電路進行 配置和布置，以便確定在使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內并且將所述第二電 極操作為所述第一電極的驅動屏蔽期間的時間間隔中所述第一電容的測量結果；其特征在 于對所述估計電路進行進一步配置和布置，以便對所述第一電容、所述第二電容和所述第 三電容中至少一個的波動進行測量，對所測量波動的頻譜進行分析，并且基于所測量的第 一電容和所述頻譜得到所述座位的乘用狀態(tài)。
14.如權利要求13所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，對所述估計電路進行配置和布置，以便 確定流入所述第一電極的電流，并且從在使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內并 且將所述第二電極操作為驅動屏蔽期間的所述時間間隔中流入所述第一電極的所述電流 得到所述第一電容的測量結果。
15.如權利要求14所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，所述估計電路從流入所述第一電極的 所述電流得到所述第一電容和/或所述第二電容的所述波動。
16.如權利要求13至15的任意一項所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，對所述估計電路進行 配置和布置，以便確定流入所述第二電極的電流，并且從在使所述第一電極將電場發(fā)射到 所述檢測區(qū)域內并且將所述第二電極操作為驅動屏蔽期間的所述時間間隔中流入所述第 二電極的所述電流得到所述第三電容的波動。
17.如權利要求13所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，對所述估計電路進行配置和布置，以便 在第一種工作模式中，使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內，將所述第二電極操 作為所述第一電極的驅動屏蔽，確定在使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內并且 將所述第二電極操作為所述第一電極的驅動屏蔽期間的所述時間間隔中流入所述第一電 極的電流，并且從流入所述第一電極的所述電流中得到所述第一電容的所述測量結果；在 第二種工作模式中，在所述第一電極和所述第二電極之間施加交流電壓，確定響應于所述 交流電壓流入所述第一電極和/或所述第二電極的電流，并且從響應于所述交流電壓流入 所述第一電極和/或所述第二電極的所述電流得到所述第二電容的所述波動。
18.如權利要求13所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，所述電絕緣層包含駐極層和壓電層的 至少一個，并且其中，對所述估計電路進行配置和布置，使得在所述第一種工作模式中，使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內，將所述第二電極操作為所述第一電極的驅動屏蔽，確定在使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū) 域內并且將所述第二電極操作為所述第一電極的驅動屏蔽期間的所述時間間隔中流入所 述第一電極的電流，并且從流入所述第一電極的所述電流中得到所述第一電容的所述測量 結果；在所述第二種工作模式中，確定在所述第一電極和/或所述第二電極中通過所述駐 極或壓電層所引起的電流，并且從所引起的電流得到所述第二電容的所述波動。
19.如權利要求13所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，對所述估計電路進行配置和布置使其 在第一種工作模式中工作，在該模式中使所述第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內，將 所述第二電極操作為所述第一電極的驅動屏蔽，并且確定所述第一電容的所述測量結果； 以及使其在第二種工作模式中工作，在該模式中使所述第一電極操作為所述第二電極的驅 動屏蔽，并且對所述第三電容的波動進行測量。
20.如權利要求19所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，對所述估計電路進行配置和布置，使得在所述第一種工作模式中，確定流入所述第一電極的電流，并且從流入所述第一電極 的所述電流中得到所述第一電容的所述測量結果；在所述第二種工作模式中，確定流入所述第二電極的電流，并且從流入所述第二電極 的所述電流中得到所述第三電容的波動。
21.如權利要求13所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，所述電極布置包含第三電極，所述第三 電極與所述第二電極一起構成所述第三電容器。
22.如權利要求21所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，所述第二電極和所述第三電極夾入包 含駐極層或壓電層的電絕緣層。
23.如權利要求21或22所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，對所述估計電路進行配置和布置， 以便對流入所述第三電極的電流進行測量。
24.如權利要求21至23中的任意一項所述的乘員檢測系統(tǒng)，其中，對所述估計電路進 行配置和布置，使得在第一種工作模式中，確定流入所述第一電極的電流，并且從流入所述第一電極的所 述電流中得到所述第一電容的所述測量結果；在第二種工作模式中，確定流入所述第三電極的電流，并且從流入所述第三電極的所 述電流中得到所述第三電容的波動。
全文摘要
一種乘員檢測系統(tǒng)，包含用于放置在汽車座位中的電極布置和可操作連接到電極布置的估計電路。后者包括第一電極、第二電極、以及夾入第一電極和第二電極之間的電絕緣層，其中該第一電極用于將電場發(fā)射到車輛座位上方的檢測區(qū)域內。當將電極布置放置在座位中時，第一電極與車輛接地構成具有第一電容的第一電容器，該第一電容通過在檢測區(qū)域內的乘用項與電場相互作用由乘用項可影響，第一電極與第二電極構成具有第二電容的第二電容器，并且第二電極與車輛接地和第三電極中的至少一個構成具有第三電容的第三電容器。當使第一電極將電場發(fā)射到所述檢測區(qū)域內并且將第二電極操作為第一電極的驅動屏蔽時確定第一電容的測量結果，作為座位乘用狀態(tài)的第一指示符。對第一、第二和第三電容中的至少一個的波動進行測量，并且對所測量波動的頻譜進行分析，其產生乘用狀態(tài)的第二指示符。隨后，基于第一指示符和第二指示符得到座位的乘用狀態(tài)。
文檔編號B60R21/015GK101801730SQ200880106497
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權日2007年9月12日
發(fā)明者C·布爾, G·格德特, L·拉梅施, P·奧爾萊維斯基, W·比克, Y·德科斯泰 申請人:Iee國際電子工程股份公司