DE60112049T2 - Signalverarbeitung in einem fahrzeuggewichtklassifikationssystem - Google Patents

Description

• Hintergrund der Erfindung
• Allgemein ausgedrückt betrifft diese Erfindung Gewichtsklassifizierungssysteme für Kraftfahrzeuge zur Klassifizierung des Gewichts eines Insassen auf einem Kraftfahrzeugsitz. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Signalverarbeitungssystem und ein Verfahren zur Verarbeitung von Sensorsignalen, die bei einem Gewichtsklassifizierungssystem für Kraftfahrzeuge (siehe beispielsweise das aus WO-A-99124285 bekannte System) eingesetzt werden.
• Heutige Kraftfahrzeuge verfügen üblicherweise über Insassenrückhaltesysteme, um Passagiere und Fahrer bei einem Aufprall zu schützen. Zu solchen Rückhaltesystemen zählen zum Beispiel Sicherheitsgurte und Airbags. In letzter Zeit wurde deutlich, dass eine angepasste Steuerung von Airbags wünschenswert ist. Der Inhaber dieser Patentanmeldung hat ein Gewichtsklassifizierungssystem entwickelt, das für die Ermittlung der Größe oder des Gewichts eines Insassen auf einem Sitz und die Steuerung einer Airbagauslösung in Abhängigkeit von den ermittelten Daten nützlich ist.
• Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung eines Gewichtsklassifizierungssystems ist, das System einfach und robust zu halten. Um dies zu ermöglichen, muss beispielsweise hinsichtlich der Komponententypen, die als Sensoren und zur Signalverarbeitung verwendet werden, eine Auswahl getroffen werden. Die Belange von Systemleistung (d. h. Präzision), Kosten und Lebensdauer der Systemkomponenten stehen dabei in Konkurrenz zueinander. Diese verschiedenen Faktoren stellen erschwerende und gelegentlich konkurrierende Interessen bei der Entwicklung eines solchen Systems dar.
• Über die Systemeinschränkungen hinaus existieren eine Reihe von Faktoren, die beim Betrieb eines Gewichtsklassifizierungssystems berücksichtigt werden müssen. Bestimmte Faktoren beeinflussen die Leistung des Systems. Zu solchen Faktoren zählen zum Beispiel Temperatur, Sensormesswertverschiebung, Signalstärken und Leistungsmerkmale der verschiedenen Komponenten, die im System verwendet werden. Es bedarf eines Verfahrens, das die verschiedenen Aspekte berücksichtigt, die beim Betrieb eines Gewichtsklassifizierungssystems kompensiert werden müssen.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen einzigartigen Lösungsansatz zur Berücksichtigung der verschiedenen Einflüsse auf den Betrieb eines Gewichtsklassifizierungssystems bereit.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung ist im unabhängigen Verfahrensanspruch 1 bzw. im unabhängigen Produktanspruch 6 definiert; weitere Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Allgemein ausgedrückt ist diese Erfindung ein System zur Kompensierung verschiedener Faktoren, die den Betrieb eines Gewichtsklassifizierungssystems für Kraftfahrzeuge beeinflussen. Diese Erfindung beinhaltet die Ermittlung verschiedener Faktoren, die bei der Verarbeitung von Signalen in einem Gewichtsklassifizierungssystem kompensiert werden müssen. Einige dieser Faktoren werden durch den Einsatz analoger Signalverarbeitungsverfahren kompensiert. Andere Faktoren werden mit Hilfe digitaler Signalverarbeitungsverfahren kompensiert. Die Kombination analoger und digitaler Ansätze stellt eine Lösung bereit, die in angemessener Weise die vielfältigen, verschiedenen Probleme löst, die beim Betrieb eines Gewichtsklassifizierungssystems auftreten, und gleichzeitig Kosten und Komplexität des Systems innerhalb akzeptabler Grenzen hält.
• Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für Fachleute aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich. Die Zeichnungen, die der ausführlichen Beschreibung beigefügt sind, können kurz wie folgt beschrieben werden.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• 1 stellt schematisch ein Gewichtsklassifizierungssystem dar, das gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist.
• 2 stellt schematisch einen Teil des Systems aus 1 dar.
• 3 stellt schematisch eine Schaltung dar, die gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist.
• 4 stellt schematisch weitere Einzelheiten bezüglich ausgewählter Teile der Ausführungsform aus 3 dar.
• Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Ein Gewichtsklassifizierungssystem 20 für Kraftfahrzeuge wird verwendet, um das Gewicht eines Insassen auf einem Sitz 22 in einem Kraftfahrzeug zu ermitteln. Der Sitz besteht aus einer Rückenlehne 24 und einem Sitzsockel 26. Eine Vielzahl von Sensorbaugruppen 28 wird vorzugsweise auf den Sitzsockel 26 bezogen angebracht, damit das Gewicht eines Insassen auf dem Sitz ermittelt werden kann. Jede der Sensorbaugruppen 28 kommuniziert vorzugsweise mit einer zusätzlichen Rückhaltesystemsteuerung 30, die in einem Beispiel eine Steuerung für die Airbag-Zündung ist.
• Jede der Sensorbaugruppen 28 umfasst vorzugsweise einen Sensor 32, der ein elektrisches Signal erzeugt, das das Gewicht eines Insassen auf dem Sitz angibt. In einem Beispiel sind die Sensoren 32 Sensoren mit Dehnmessstreifen. Da Sensoren mit Dehnmessstreifen als ein Beispiel verwendet werden, sind einige der Faktoren, die den Betrieb des die in dieser Patentschrift beschriebenen Gewichtsklassifizierungssystems beeinflussen, diejenigen, die üblicherweise bei der Verwendung eines Sensors mit Dehnmessstreifen auftreten, wie zum Beispiel die Messwertverschiebungskalibrierung.
• Jede Sensorbaugruppe 28 beinhaltet vorzugsweise ein Signalaufbereitungsmodul 34, das die verschiedenen Faktoren berücksichtigt, die den Betrieb des Systems oder die Güte des Sensorsignals beeinflussen.
• Bestandteil dieser Erfindung ist die Ermittlung der verschiedenen Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, um den bestmöglichen Systembetrieb zu gewährleisten. Zu diesen Faktoren zählen Sensormesswertverschiebung, Sensortemperaturkorrektur, Schaltungskompensation, Schaltungstemperaturkorrektur, Sitzparameter, Fahrzeugparameter und Streuung in der Sensorsignalstärke. Dies sind Beispielfaktoren, die den Betrieb des Systems beeinflussen und die vorzugsweise in einem gemäß dieser Erfindung aufgebauten System kompensiert werden. Nicht alle dieser Faktoren müssen in allen Situationen berücksichtigt werden. Es werden bevorzugt diejenigen ermittelt, die die größte Auswirkung auf den Systembetrieb haben, und in der effizientesten Weise berücksichtigt, während die übrigen möglichst abhängig von den Anforderungen einer bestimmten Situation berücksichtigt werden. Fachleute, die diese Beschreibung nutzen, werden bestimmen können, welche Faktoren für ihre jeweilige Situation zu berücksichtigen sind. Der Lösungsansatz dieser Erfindung kann für eine Vielzahl von Bedingungen angewendet werden, um eine Vielzahl von Faktoren zu berücksichtigen, die kompensiert werden müssen.
• Ein Beispiel eines Signalaufbereitungsmoduls 34 ist in 3 als integrierter Schaltungschip abgebildet. Ein Beispiel für einen solchen, handelsüblichen Chip ist der als MAX1452 bekannte Chip, der von der Firma Maxim bezogen werden kann.
• Das Signalaufbereitungsmodul 34 beinhaltet vorzugsweise einen Mikrokontroller 36, der mit einem Temperaturkompensationsmodul 38 und dem Messwertverschiebungskalibrierungsmodul 40 kommuniziert. Temperaturkompensation und Messwertverschiebungskalibrierung werden als Beispiele verwendet, weil sie zwei der Hauptfaktoren sind, die die Systemleistung beeinflussen.
• Im dargestellten Beispiel sind das Temperaturkompensationsmodul 38 und das Messwertverschiebungskalibrierungsmodul 40 vorzugsweise analoge Signalverarbeitungsmodule. Der Mikrokontroller 36 erhält vorzugsweise Daten von den Signalen, die vom Temperaturkompensationsmodul 38 und vom Messwertverschiebungskalibrierungsmodul 40 geliefert werden um zu bestimmen, wie das System zu kalibrieren ist oder wie Einflüsse auf die von den Sensoren 32 empfangenen Signale zu kompensieren sind. Ein Speichermodul 42 enthält vorzugsweise eine Vielzahl von Daten, mit deren Hilfe der Mikrokontroller 36 beispielsweise Temperaturkorrekturen oder Sensormesswertverschiebungskorrekturen vornehmen kann. Fachleute, die diese Beschreibung nutzen, werden bestimmen können, welche Art von Daten in einem derartigen Speicher gespeichert werden müssen, damit der Mikrokontroller 36 die Sensorsignale in angemessener Weise bestimmen und korrigieren kann. Der Mikrokontroller 36 kommuniziert vorzugsweise über eine serielle Schnittstelle 44, um ein digitalisiertes Ausgangssignal 46 an die zusätzliche Rückhaltesystemsteuerung 30 zu liefern.
• Die Signale von den Sensoren 32 werden vorzugsweise über eine H-Brückenanordnung weitergeleitet wie in 3 dargestellt. In diesem Beispiel wird das Brückensignal vorzugsweise verstärkt und schließlich zu einem pulsbreitenmodulierten Signal digitalisiert, um an die zusätzliche Rückhaltesystemsteuerung 30 übertragen zu werden. Wie in 4 zu erkennen, erfolgt die Verstärkung mit Hilfe eines Messverstärkers, während ein Pulsbreitenmodulationsumsetzer die Digitalisierung übernimmt.
• Über die Verstärkung hinaus wird das Signal der Sensoren mit Dehnmessstreifen im dargestellten Beispiel vorzugsweise für eine 2,5-Volt-Skalenmittenkompensation kalibriert, wobei ein Nullgewichts-Bezugspunkt verwendet wird. Das Dehnmessstreifensignal wird vorzugsweise auch für die Messwertverschiebung einer unbeladenen Dehnmessstreifenbrücke bezüglich der Temperatur kompensiert. Darüber hinaus ist vorzugsweise eine analoge Schaltung für den automatischen Nullpunkteinstellungszyklus enthalten, um Verschiebungen und Verstärkerkompensationsspannung aufgrund von Temperaturschwankungen und Verschiebungen über die Zeit zu korrigieren. Im dargestellten Beispiel bewirkt das Nullsignal, dass ein integrierter Festkörperschalter die Eingänge des Messverstärkers überbrückt.
• Im dargestellten Beispiel sorgt ein Oszillatorsignalgenerator 50, der vorzugsweise ein Sägezahngenerator ist, für die Digitalisierung des analogen Sensorausgangssignals. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird Pulsbreitenmodulation verwendet, um ein digitalisiertes pulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal bei 52 bereitzustellen, das in die Steuerung 30 eingespeist wird. Ein Beispiel für die Umsetzung der Pulsbreitenmodulation für diesen Zweck ist in der US-amerikanischen Patentanmeldung Nr. 09/651.714 beschrieben, die am 31. August 2000 eingereicht wurde. Die Verwendung des Pulsbreitenmodulationsverfahrens liefert ein digitalisiertes Ausgangssignal, das einer einfachen Analog-Digital-Umsetzung überlegen ist. Der übliche, für ein Gewichtsklassifizierungssystem verwendete Mikrokontroller hat keine ausreichende Auflösung, um eine präzise Gewichtsbestimmung vorzunehmen, die auf einfacher Umsetzung des analogen Sensorsignals in ein digitales Format beruht.
• Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, um mittels analoger Schaltungsverfahren einen oder mehrere Faktoren zu kompensieren, die das Sensorausgangssignal beeinflussen. Die Beispiele in der dargestellten Schaltung beinhalten Temperaturkompensation und Messwertverschiebungskalibrierung. Andere Faktoren wie etwa die Signalstärke, die bei einem Dehnmessstreifensignal üblicherweise sehr niedrig ist, werden mittels digitaler Schaltungsverfahren verarbeitet, indem das Ausgangssignal digitalisiert wird. Die Nutzung eines kombinierten Ansatzes (d. h. teils analog, teils digital) stellt die Möglichkeit bereit, die verschiedenen die Systemleistung beeinflussenden Faktoren in angemessener Weise zu kompensieren. Ein rein digitaler oder rein analoger Ansatz ist dem einzigartigen kombinierten Lösungsansatz dieser Erfindung unterlegen.
• Die vorstehende Beschreibung soll ihrer Art nach eher beispielhaft als erschöpfend sein. Für Experten auf diesem technischen Gebiet lassen sich Abweichungen und Modifikationen erkennen, die nicht unbedingt vom Schutzbereich dieser Erfindung abweichen, wie er nur durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Kompensation verschiedener Einflüsse auf ein Sensorsignal, das Angaben zum Gewicht eines Insassen auf einem Sitz für ein zusätzliches Rückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug liefert, wobei das Verfahren den Schritt der (A) Ermittlung einer Vielzahl von Faktoren, die das Sensorsignal beeinflussen, umfasst und durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: (B) Verarbeitung des Signals mit Hilfe analoger Signalverarbeitung, um mindestens einen der Faktoren zu kompensieren; und (C) Verarbeitung des Signals mit Hilfe digitaler Signalverarbeitung, um mindestens einen weiteren der Faktoren zu kompensieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu den Faktoren Temperatur, Sensormesswertverschiebung, Signalstärke, Signalstreuung und Fahrzeugsitzparameter zählen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, das die Kompensation des Faktors Temperatur mit Hilfe der analogen Signalverarbeitung umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 2, das die Kompensation des Faktors Sensormesswertverschiebung mit Hilfe der analogen Signalverarbeitung umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 2, das die Kompensation der Signalstärke mit Hilfe der digitalen Signalverarbeitung umfasst.
6. Gewichtsklassifizierungssystem für Kraftfahrzeuge, das Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Sensoren, die ein elektrisches Signal liefern, das das Gewicht eines Insassen auf einem Sitz anzeigt; gekennzeichnet durch einen jeweils einem Sensor zugeordneten Signalaufbereiter, der einen ersten Bestandteil aufweist, der ein analoges Signal verwendet, um mindestens einen Faktor zu kompensieren, der das Sensorsignal beeinflusst, und einen zweiten Bestandteil, der ein digitales Signal verwendet, um mindestens einen weiteren Faktor zu kompensieren, der das Sensorsignal beeinflusst; und eine Steuerung, die das aufbereitete Signal empfängt und eine zusätzliche Rückhaltesystemvorrichtung ansteuert.
7. System nach Anspruch 6, bei dem der erste Bestandteil des Signalaufbereitungsmoduls Temperatureinflüsse auf das Sensorsignal kompensiert.
8. System nach Anspruch 6, bei dem der erste Bestandteil des Signalaufbereitungsmoduls Sensormesswertverschiebungsfaktoren kompensiert.
9. System nach Anspruch 6, bei dem der zweite Bestandteil des Signalaufbereiters die Signalstärke kompensiert.