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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme für das Feststellen
eines Insassen für
das Steuern der Aktivierung von Sicherheitsrückhaltesystemen von Fahrzeugen
und insbesondere für
das Ermitteln der Anwesenheit und der Position eines Insassen für die Zwecke
der Beeinflussung der Auslösung
eines auf einen Zusammenstoß ansprechenden
Sicherheitsrückhaltesystems.
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Ein
Fahrzeug kann automatische Sicherheitsrückhalteaktoren enthalten, die
auf einen Fahrzeugzusammenstoß reagierend
für die
Zwecke der Abschwächung
einer Insassenverletzung aktiviert werden. Beispiele für solche
automatischen Sicherheitsrückhalteaktoren
sind Luftsäcke,
Sicherheitsgurtstraffer und auslösbare
Kniepolster. Eine Aufgabe eines automatischen Rückhaltesystems ist das Abschwächen einer
Insassenverletzung, wodurch mit dem automatischen Rückhaltesystem
keine größere Verletzung
als durch den Unfall ohne Aktivieren des automatischen Rückhaltesystems
verursacht wird. Allgemein ist es wünschenswert, aufgrund der Kosten
für den
Ersatz der zugehörigen
Komponenten des Sicherheitsrückhaltesystems
und aufgrund der Möglichkeit
einer Verletzung von Insassen durch solche Aktivierungen automatische
Sicherheitsrückhalteaktoren
nur zu aktivieren, wenn dies zur Abschwächung einer Verletzung erforderlich
ist. Dies trifft insbesondere auf Luftsack-Rückhaltesysteme zu, bei denen
Insassen, die sich zum Zeitpunkt des Auslösens zu nahe am Luftsack befinden,
d.h. Insassen in einer so genannten „out-of-position"-Haltung – durch das
Auslösen
des Luftsacks von Verletzung oder Tod bedroht sind, selbst wenn
der damit verbundene Fahrzeugzusammenstoß relativ sanft ist. Nicht
angeschnallte Insassen beispielsweise, die einem starken Bremsen
vor dem Aufprall ausgesetzt werden, neigen zum Zeitpunkt des Auslösens besonders
stark zu einer Out-of-Position-Haltung.
Ferner sind Insassen von kleiner Gestalt oder von schwachem Körperbau, wie
Kinder, kleine Erwachsene oder Personen mit brüchigen Knochen, besonders anfällig für durch
den Luftsack-Gasgenerator verursachte Verletzungen. Weiterhin sind
Babys, die in normal positionierten, nach hinten weisenden Babysitzen
nahe einem beifahrerseitigen Vordersitz-Luftsack ordnungsgemäß gesichert
sind, aufgrund der großen
Nähe der
hinteren Fläche
des Babysitzes zu dem Luftsack-Gasgenerator ebenfalls anfällig für Verletzung
oder Tod durch Auslösen
des Luftsacks.
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Luftsäcke können für einen
nach vorne gewandten Insassen vorteilhaft sein, wenn der Insasse einen
nennenswerten Abstand zur Gasgeneratorabdeckung einhält. Luftsäcke können aber
für Babys
in nach hinten weisenden Babysitzen tödlich sein. Luftsäcke können auch
für nach
vorne gewandte Insassen gefährlich
sein, wenn diese zum Zeitpunkt des Fahrzeugaufpralls zu nah am Gasgenerator
sind, zum Beispiel wenn ein nicht angeschnallter Insasse einem starken
Bremsen vor dem Aufprall ausgesetzt wird. Luftsack-Gasgeneratoren
sind mit einer vorgegebenen Rückhaltekapazität ausgelegt,
zum Beispiel mit der Kapazität,
einen nicht angeschnallten, normal sitzenden Insassen mit 50. Perzentile
zu schützen, wenn
dieser einem entsprechenden Zusammenstoß mit einem Hindernis bei 50
km/h ausgesetzt wurde, was zu damit verbundenen Energie- und Kraftwerten führt, welche
für Out-of-Position-Insassen,
für kleine oder
gebrechliche Insassen wie Kinder, kleine Frauen oder ältere Insassen
schädlich
sein können. Wenngleich
diese relativ selten sind, waren durch Luftsack-Gasgeneratoren bei
Zusammenstößen, bei denen
die Insassen ansonsten verhältnismäßig unverletzt überlebt
hätten,
verursachte Verletzungs- oder Todesfälle der Anstoß zur Verringerung
oder Vermeidung des Potentials von Luftsack-Gasgeneratoren, Insassen
zu verletzen, die sie eigentlich schützen sollen.
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Kraftfahrzeughersteller
und die NHTSA (Nation Highway Traffic Safety Administration) suchen nach
Verfahren zum Außerbetriebsetzen
von Luftsäcken
in Situationen, in denen sie mehr schaden als helfen. Es wurden
Luftsäcke
entwickelt, welche mit genügend
Kraft öffnen,
um einen 80 kg schweren Erwachsenen bei einem Zusammenstoß bei hoher
Geschwindigkeit zu sichern. Wenn diese Luftsäcke bei Kindern auf dem vorderen
Beifahrersitz eines Fahrzeugs ausgelöst werden, können sie
schwere Verletzungen verursachen. Eine andere möglicherweise gefährliche
Situation liegt vor, wenn der Insasse sich zum Zeitpunkt der Auslösung des
Luftsacks sehr nahe am Luftsack-Gasgenerator befindet. Jüngste NHTSA-Daten
legen nahe, dass schwere Verletzungen aufgrund dieser großen Nähe zum Gasgenerator verringert
oder vermieden werden können,
wenn der Luftsack außer
Betrieb gesetzt wird, wenn sich der Insasse näher als etwa zehn bis fünfundzwanzig Zentimeter
von der Gasgeneratorabdeckung befindet. Der Bereich nahe dem Luftsack-Gasgenerator, in
dem der Insasse durch den Luftsack verletzungsgefährdet sein
könnte,
wird als „Gefahren"-Zone bezeichnet.
Die Größe der Gefahrenzone
hängt von den
Aufblaseigenschaften des zugehörigen
Luftsack-Gasgenerators und der Geschwindigkeit des Insassen bezüglich des
Luftsackmoduls ab. Frühere Untersuchungen
legen nahe, dass sich die Gefahrenzone bis etwa 20 cm von der Gasgeneratorabdeckung
weg erstreckt.
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Ein
Verfahren zum Abschwächen
einer Verletzung von Insassen durch den Luftsack-Gasgenerator ist die Reduzierung der
Kraft- und Energiewerte des zugehörigen Luftsack-Gasgenerators,
zum Beispiel durch Reduzieren der in dem Luftsack-Gasgenerator erzeugten
Gasmenge oder dessen Aufblasgeschwindigkeit. Dies senkt das Risiko
einer Schädigung
von Insassen durch den Luftsack-Gasgenerator, während gleichzeitig die Rückhaltekapazität des Luftsack-Gasgenerators
reduziert wird, was die Insassen einem größeren Verletzungsrisiko aussetzt, wenn
diese einem Zusammenstoß größerer Intensität ausgesetzt
werden.
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Ein
weiteres Verfahren zur Abschwächung einer
Verletzung von Insassen durch den Luftsack-Gasgenerator ist das
Steuern der Aufblasgeschwindigkeit oder der Kapazität des Gasgenerators in
Reaktion auf ein Maß der
Stärke
des Zusammenstoßes.
Der Stand der Technik lehrt die Verwendung von mehrstufigen Gasgeneratoren
mit verschiedenen, unabhängigen
abgeschotteten Stufen und entsprechenden Zündschaltungen, wodurch die
Stufen zur Steuerung der wirksamen Aufblasgeschwindigkeit in verzögerter Folge
gezündet
werden können oder
die Stufen zum Steuern der wirksamen Gasgeneratorkapazität am Zünden gehindert
werden können.
Der Stand der Technik lehrt auch die Verwendung eines Hybridgasgenerators
mit einer Kombination aus Speichergas und mehreren pyrotechnischen Gasgeneratorelementen,
welche unabhängig
gezündet
werden. Der Stand der Technik lehrt weiterhin auch die Verwendung
von Steuerventilen für
das Steuern des Gasentladungsstroms aus dem Gasgenerator. Die Aufblasgeschwindigkeit
und die Aufblaskapazität
können
in Reaktion auf die erfasste bzw. geschätzte Stärke des Zusammenstoßes gesteuert werden,
wodurch eine geringe Stärke
eine niedrigere Aufblasgeschwindigkeit oder Aufblaskapazität erfordern
würde als
ein heftiger Zusammenstoß.
Da Zusammenstöße geringerer
Stärke
wahrscheinlicher sind als solche mit größerer Stärke und da ein gesteuerter
Gasgenerator unter den Bedingungen eines Zusammenstoßes geringerer
Stärke
wahrscheinlich weniger aggressiv als bei solchen mit größerer Stärke wäre, werden
die durch den Luftsack-Gasgenerator aufgrund ihrer Größe oder
Position einem Verletzungsrisiko ausgesetzten Insassen insgesamt
weniger wahrscheinlich verletzt, da sie wahrscheinlicher einem weniger
aggressiven Gasgenerator ausgesetzt werden. Das Verletzungsrisiko dieser
Insassen würde
aber unter den Bedingungen einer größeren Zusammenstoßintensität nicht
abgeschwächt,
wenn der Gasgenerator gewollt aggressiv ausgelegt ist, um eine ausreichende
Sicherung für normal
positionierte Insassen zu bieten.
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Ein
noch weiteres Verfahren zur Abschwächung einer Verletzung von
Insassen durch den Luftsack-Gasgenerator ist das Steuern der Aktivierung des
Gasgenerators in Reaktion auf das Vorhandensein und die Position
des Insassen, wodurch der Gasgenerator nur aktiviert wird, wenn
sich ein Insasse außerhalb
des zugeordneten Gefahrenbereichs des Gasgenerators befindet. Jüngste NHTSA-Daten legen
nahe, dass schwere Verletzungen aufgrund zu großer Nähe zum Gasgenerator reduziert
oder vermieden werden können,
wenn der Luftsack außer Betrieb
gesetzt wird, wenn sich der Insasse näher als etwa 10 bis 25 cm vor
der Gasgeneratorabdeckung befindet. Ein solches System für das Außerbetriebsetzen
des Luftsack-Gasgenerators
erfordert einen Insassensensor, welcher ausreichend empfindlich und
robust ist, um eine solche Ermittlung zu machen, während er
kein Außerbetriebsetzen
des Luftsack-Gasgenerators veranlasst, wenn dieser andernfalls für das Bieten
eines Insassenrückhalts
benötigt wird.
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Mit
Ausnahme einiger Fälle
mit schrägem oder
seitlichem Aufprall ist es aufgrund der andernfalls unnötigen Kosten
und der mit dem Austausch des ausgelösten Luftsack-Aufblasesystems auftretenden
Unannehmlichkeiten allgemein wünschenswert,
einen automatischen Sicherheitsrückhalteaktor nicht
zu aktivieren, wenn ein zugehöriger
Insasse nicht anwesend ist. Der Stand der Technik lehrt verschiedene
Mittel für
das Feststellen der Anwesenheit eines Insassen oder für das Erkennen
eines unbelebten Gegenstands auf dem Beifahrersitz eines Fahrzeugs
für die
Zwecke des Implementierens eines solchen Systems. Zum Beispiel können Gewichtssensoren
in den Sitz integriert werden, um die Anwesenheit eines Insassen
festzustellen.
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Ein
noch weiteres Verfahren für
das Abschwächen
einer Verletzung von Insassen durch den Luftsack-Gasgenerator ist
das Steuern der Aufblasgeschwindigkeit oder Aufblaskapazität des Luftsack-Gasgenerators
in Reaktion auf die Anwesenheit und Position eines Insassen. Ein
solches Steuersystem würde
am bevorzugtesten in Verbindung mit einem steuerbaren Aufblassystem
verwendet werden, welches wie oben beschrieben auf die Stärke eines Zusammenstoßes anspricht,
wobei die Insassenpositionseingaben dazu dienen können, die
ansonsten allzu aggressiven Luftsack-Gasgeneratorsteuerungen außer Kraft
zu setzen, welche ansonsten bei der Stärke des jeweiligen Zusammenstoß angezeigt
wären,
welche aber für
Insassen kleiner Gestalt oder geringen Gewichts oder für Babys
in nach hinten weisenden Babysitzen schädlich sein könnten. Ein
solches System für
das Steuern des Luftsack-Gasgenerators erfordert einen Insassenpositionssensor,
der robust und ausreichend präzis
ist und der verschiedene Insassensitzkonfigurationen und -bedingungen wahrnehmen
und unterscheiden kann.
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Der
Stand der Technik lehrt die Verwendung von im Sitz integrierten
Sensoren zum Feststellen der Anwesenheit, des Gewichts oder der
Sitzposition des Insassen. Die U.S. Patente 3,672,699, 3,767,002, 5,161,820,
5,474,327 und 5,612,876 lehren die Verwendung von im Sitz integrierten
Insassenanwesenheitssensoren zum Steuern der Aktivierung des zugehörigen Luftsack-Gasgenerators.
Das U.S. Patent 5,205,582 lehrt ein System, bei welchem der einem nicht
besetzten Sitz zugeordnete Luftsack-Gasgenerator bei Beschleunigungen über einem
zweiten Zusammenstoßabbremsgrenzwert
aktiviert und ansonsten deaktiviert wird. Das U.S. Patent 5,074,583 lehrt
mehrere in den Sitz integrierte Sensoren zum Feststellen von Insassengewicht
und Sitzposition für die
Zwecke des Steuerns eines Luftsacksystems. Die U.S. Patente 5,232,243,
5,494,311 und 5,624,132 lehren eine Anordnung von in den Sitz integrierten, Kraft
erfassenden Folienelementen für
die Zwecke des Feststellens der Anwesenheit, des Gewichts oder der
Position eines Insassen für
das Steuern entweder eines mehrstufigen Luftsack-Gasgenerators, eines
Gasgenerator-Ablassventils oder der räumlichen Ausrichtung des Luftsack-Gasgenerators. Das U.S.
Patent 5,404,128 lehrt die Verwendung eines in den Sitz integrierten
Vibrationssensors zum Feststellen der durch Atmung und Herzschläge erzeugten fast
unmerklichen Vibrationen, um so zu ermitteln, ob eine Person anwesend
ist oder nicht. Das U.S. Patent 5,573,269 lehr ein Mittel für das Korrigieren
einer Sitzgewichtmessung unter Verwendung des Neigungswinkels der
Rückenlehne
und der Fußposition. Bei
manchen Systemen, welche das Sitzgewicht als Mittel für das Steuern
der Aktivierung eines Luftsack-Gasgenerators integrieren, muss der
Luftsack-Gasgenerator außer
Betrieb gesetzt werden, wenn das erfasste Insassengewicht unter
30 kg liegt, um sicherzustellen, dass der Luftsack-Gasgenerator für eine Frau
mit 50. Perzentile freigegeben ist, für ein Baby in einem nach hinten
weisenden Babysitz aber außer
Betrieb gesetzt ist. In manchen Fällen, zum Beispiel wenn der
einen Babysitz sichernde Sitzgurt zu fest angezogen ist, könnte ein
zugehöriger
Sitzgewichtsensor ein scheinbares Gewicht erfassen, welches größer als
der zugeordnete Unterbrechungsgrenzwert ist, so dass der Luftsack-Gasgenerator
inkorrekt freigegeben wird, wenn ein nach hinten weisender Babysitz
vorhanden ist.
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Die
U.S. Patente 5,071,160 und 5,118,134 lehren für die Zwecke des Steuerns eines
Gasgenerators die Kombination aus Erfassen einer Insassenposition
und/oder Geschwindigkeit und der Fahrzeugbeschleunigung. Diese beiden
Patente lehren beispielhaft die Verwendung von Ultraschallmessung zur
Erfassung der Insassenposition. Das U.S. Patent 5,071,160 lehrt
ferner beispielhaft die Verwendung eines passiven Infrarot-Insassenpositionssensors, während U.S.
Patent 5,118,134 die Verwendung eines Mikrowellensensors lehrt.
U.S. Patent 5,398,185 lehrt die Verwendung von mehreren Insassenpositionssensoren
in einem System für
das Steuern der darauf ansprechenden Sicherheitsrückhalteaktoren.
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Der
Stand der Technik lehrt die Verwendung eines oder mehrerer Ultraschallstrahle,
welche von der Oberfläche
eines Objekts wegreflektiert werden, um die Position der Oberfläche des
Objekts zu erfassen. Das U.S. Patent 5,330,226 lehrt die Kombination aus
einem in der Instrumentenanlage angebrachten Ultraschallmessungssensor
und einem am Dachhimmel angeordneten passiven Infrarotsensor zur
Erfassung der Insassenposition für
das Steuern eines mehrstufigen Luftsack-Gasgenerators oder eines
damit verbundenen Ablassventils. Die U.S. Patente 5,413,378, 5,439,249
und 5,626,359 lehren die Kombination aus in der Instrumentenanlage
und im Sitz angebrachten Ultraschallsensoren in Kombination mit
anderen Sitzsensoren zum Erfassen der Position und des Gewichts
des Insassen für
die Zwecke des Steuerns eines Luftsack-Gasgenerators. Das U.S. Patent
5,482,314 lehrt die Kombination aus Ultraschall- und passiven Infrarotsensoren
zusammen mit einer zugehörigen
Signalverarbeitung für
die Zwecke des Ermittelns, ob ein passives Rückhaltesystem deaktiviert werden
sollte oder nicht. Die U.S. Patente 5,653,462 und 5,829,782 lehren
ein System für
das Erkennen und Überwachen
des Inhalts eines Fahrzeuginnenraums durch Beleuchten eines Objekts
mit einem Wellengenerator, welcher zum Fahrzeugsitz Wellen leitet,
und für
das Verarbeiten des empfangenen Signals mit einem neuralen Netzwerk
oder einem anderen Mustererkennungssystem. Weiterhin zeigt das U.S.
Patent 5,653,462 ein System, bei dem das Wellensignal zuerst von
der Windschutzscheibe reflektiert wird, bevor es den Fahrzeugsitz
erreicht.
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Der
Stand der Technik lehrt auch die Verwendung von Infrarotstrahlen,
welche von der Oberfläche eines
Objekts wegreflektiert werden, um die Position der Oberfläche des
Objekts zu erfassen. Die U.S. Patente 5,446,661 und 5,490,069 lehren
einen durch einen Sender auf einen Reflexionspunkt an dem Objekt gerichteten
Infrarotstrahl. Ein Empfänger
erfasst die von dem Reflexionspunkt gestreute Strahlung und misst
beruhend auf einer Triangulation der gesendeten und empfangenen
Strahlen den Abstand des Reflexionspunkts vom Sender für die Zwecke
des Steuerns der Aktivierung eines Sicherheitsrückhaltesystems. Diese Patente
lehren auch die Kombination aus einem Infrarotstrahl-Insassenpositionssensor und
einem Beschleunigungssensor für
die Zwecke des Steuerns eines Luftsack-Aufblassystems. Das U.S.
Patent 5,549,322 lehrt das Integrieren eines Lichtstrahl-Insassensensors
in eine Luftsack-Abdeckung. Weiterhin werden Infrarotstrahlsensoren
häufig
als Messsucher in Kameras mit automatischer Fokussierung verwendet.
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Der
Stand der Technik der U.S. Patente 4,625,329, 5,528,698 und 5,531,472
lehrt die Verwendung von Abbildungssystemen zum Feststellen der
Insassenposition, wobei die beiden letzteren diese Information für die Zwecke
des Steuerns eines Luftsack-Gasgenerators nutzen. Die U.S. Patente 5,528,698,
5,454,591, 5,515,933, 5,570,903 und 5,618,056 lehren verschiedene
Mittel zum Feststellen des Vorhandenseins eines nach hinten weisenden
Babysitzes für
die Zwecke des Außerbetriebsetzens
eines zugehörigen
Luftsack-Gasgenerators.
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Der
Stand der Technik lehrt auch die Verwendung von kapazitivem Erfassen
zum Feststellen der Anwesenheit, Nähe oder Position eines Insassen. Das
U.S. Patent 3,740,567 lehrt die Verwendung von in den Unterteil
und die Rücklehne
des Sitzes jeweils integrierten Elektroden zusammen mit einer auf
Kapazität
ansprechenden Schaltung für
die Zwecke des Unterscheidens zwischen menschlichen Insassen und
Tieren oder Paketen auf einem Kraftfahrzeugsitz. Das U.S. Patent
3,898,472 lehrt eine Insassenfeststellungsvorrichtung, welche eine
so angeordnete Metallelektrode umfasst, dass sie mit der Karosserie
eines Kraftfahrzeugs zusammen einen Insassenerfassungskondensator
bildet, sowie eine zugehörige
Schaltung, welche Veränderungen
der zugeordneten Kapazität
in Reaktion auf die Anwesenheit eines Insassen erfasst. Das U.S.
Patent 4,300,116 lehrt die Verwendung eines kapazitiven Sensors
zum Feststellen von Menschen nahe dem Äußeren eines Fahrzeugs. Das
U.S. Patent 4,796,013 lehrt einen kapazitiven Sitzbelegungssensor,
wobei die Kapazität
zwischen dem Unterteil des Sitzes und dem Dach des Fahrzeugs erfasst
wird. Das U.S. Patent 4,831,279 lehrt eine auf Kapazität ansprechende Steuerschaltung
für das
Erfassen von transienten kapazitiven Änderungen in Verbindung mit
der Anwesenheit einer Person. Die U.S. Patente 4,9870,519 und 5,214,388
lehren die Verwendung einer Anordnung von kapazitiven Sensoren für das Erfassen
der Nähe
eines Objekts. Das U.S. Patent 5,247,261 lehrt die Verwendung eines
auf ein elektrisches Feld ansprechenden Sensors zum Messen der Position
eines Punkts bezüglich
mindestens einer Achse. Das U.S. Patent 5,411,289 lehrt die Verwendung
eines in die Rückenlehne
des Sitzes integrierten kapazitiven Sensors zum Feststellen der
Anwesenheit eines Insassen. Das U.S. Patent 5,525,843 lehrt die
Verwendung von in den Unterteil und die Rücklehne des Sitzes integrierten
Elektroden für
die Zwecke des Feststellens der Anwesenheit eines Insassen, wodurch die
Elektroden im Wesentlichen vom Fahrwerk des Fahrzeugs isoliert sind,
wenn die Feststellungsschaltung aktiv ist. Das U.S. Patent 5,602,734
lehrt eine über
dem Insassen angebrachte Anordnung von Elektroden für die Zwecke
des Erfassens einer Insassenposition beruhend auf dem Einfluss des
Insassen auf die Kapazität
zwischen den Elektroden.
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Der
Stand der Technik lehrt – allein
oder in Kombination verwendete – Systeme
für das
Unterdrücken
des Insassen-Luftsacks in gefährlichen
Situationen. Diese Systeme integrieren verschiedene Erfassungstechnologien,
zum Beispiel:
- a. Aktive Infrarotsensoren
- b. Passive Infrarotsensoren (Wärmedetektoren)
- c. Ultraschallsensoren
- d. Kapazitive Sensoren
- e. Gewichtssensoren (einschließlich verschiedene Sensortechnologien
und Messverfahren)
- f. Kindersitz „Erkennungs"-Sensoren
- g. Auf Sicht beruhende Systeme
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Eine
Aufgabe dieser Sensoren ist zu ermitteln, ob sich ein Insasse sehr
nahe an der Gasgeneratorabdeckung und im Weg des auslösenden Luftsacks
befindet, insbesondere Out-of-Position-Insassen und nach hinten
gewandte Babys. Nach dem Feststellen müssen diese Systeme die richtige
Luftsack-Auslösestrategie
einsetzen, so dass der Luftsack der Beifahrerseite außer Betrieb
gesetzt wird, wenn zum Zeitpunkt des Eintritts eines Zusammenstoßes ein
nach hinten weisender Babysitz vorhanden ist oder sich eine Person
innerhalb eines festgelegten Bereichs nahe der Gasgeneratorabdeckung befindet.
Eine komplizierende Situation ist für den Sensor, wenn sich ein
Gegenstand, aber kein Teil des Insassen in der Gefahrenzone befindet.
Für gewöhnlich könnte der
Luftsack immer noch vorteilhaft für den Insassen sein, insbesondere
wenn der Gegenstand in der Gefahrenzone ein Gegenstand von geringer
Dichte oder geringer Masse ist, wie eine Zeitung oder Straßenkarte.
Systeme, die nur Ultraschall- und optische Erfassungsmechanismen
verwenden, können
durch Zeitungen versperrt werden. In manchen Konfigurationen werden Ultraschallsensoren durch
Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Höhe) beeinträchtigt,
da sich die Schallgeschwindigkeit abhängig von der Umgebung ändert. Jedes
Erfassungssystem, das zwischen dem Sensor und dem Insassen eine
unversperrte Sichtlinie benötigt,
macht es erforderlich, dass der Sensor für den Insassen sichtbar ist.
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Zum
Messen des Bereichs zu einem Gegenstand können Radarsysteme verwendet
werden; es besteht jedoch die Auffassung, dass biologisches Gewebe
durch ständige
Belastung desselben durch einen Radarstrahl nachteilig beeinflusst
werden kann.
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Für gewöhnlich werden
zwei oder mehr dieser Sensoren in dem Versuch, Kindersitze, kleine
Insassen, leere Sitze, große
Insassen und Out-of-Position-Insassen
festzustellen, zusammen verwendet. Je mehr Sensoren verwendet werden,
desto besser ist die Chance für
ein Hochleistungssystem. Die Kosten von Systemen, die viele Sensoren
verwenden, können
aber aufgrund der großen
Anzahl an Bauteilen und der gestiegenen Montagekomplexität des Fahrzeugs
unerschwinglich teuer werden.
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Sensoren,
welche den Abstand zwischen einem Bezugspunkt und der Oberfläche eines
Objekts messen, zum Beispiel Ultraschall- oder Infrarotstrahlsensoren,
sind ebenfalls anfällig
für falsche Messungen,
welche zum Beispiel durch die Anwesenheit der Gliedmaßen eines
Insassen oder durch das Vorhandensein eines Objekts, beispielsweise
eines durch diesen gehaltenen Schals oder Zeitung, in der Nähe des Sensors
verursacht würden.
Diese Arten von Sensoren könnten
zum Überwachen
der Gefahrenzone nahe der Gasgeneratorabdeckung verwendet werden,
weisen aber mehrere Nachteile auf. Auf Infrarot basierende Systeme
integrieren insbesondere meist einen viel schmäleren Strahl als das Volumen
der Gefahrenzone, so dass eventuell mehrere Strahle erforderlich
sind, um ein Objekt an einer beliebigen Stelle in der Gefahrenzone
zuverlässig
zu erfassen. Das Integrieren von mehreren Strahlen führt zu zusätzlichen
Kosten, Komplexität
und möglicherweise
verlangsamter Reaktion. Weiterhin würden die beiden auf Infrarotstrahlen
und Ultraschall basierenden Sensoren eine erhebliche Menge an Hardware
in der Nähe
der Gasgeneratorabdeckung erfordern, wenn die Gefahrenzone nahe
dem Gasgenerator überwacht
werden soll.
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Ein
Nachteil vieler Insassenfeststellsysteme besteht darin, dass sie
nicht die wichtigsten Informationen sammeln, um zu ermitteln, ob
sich der Insasse in einer Gefahrenzone um den Gasgenerator befindet.
Insassenfeststellsysteme, die über
dem Insassen montiert sind und auf die Sitzfläche herunterblicken, haben
die falsche physikalische Perspektive für das direkte Überwachen
des Bereichs um die Gasgeneratorabdeckung herum. Selbst wenn ein idealer
Satz an am Dach montierten Sensoren die Bruttoposition des Insassen
zuverlässig
ermitteln kann – was
eine sehr anspruchsvolle Aufgabe ist – kann das tatsächliche
Volumen zwischen der Gasgeneratorabdeckung und dem Insassen durch
den Körper
des Insassen für
die Sensoren versperrt sein. Wenn die Kriterien für das Steuern
der Aktivierung eines Luftsack-Gasgenerators zum Teil auf der Nähe des Körpers des
Insassen zur Luftsack-Gasgeneratorabdeckung beruhen würden, dann
können
die Überkopfsensoren
die relevanten Informationen einfach nicht zuverlässig erhalten.
Systeme, die nur Ultraschall- und optische Erfassungsmechanismen
verwenden, können
durch Zeitungen versperrt werden. In manchen Konfigurationen werden
Ultraschallsensoren durch Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit,
Höhe) beeinträchtigt,
da sich die Schallgeschwindigkeit abhängig von der Umgebung ändert. Jedes
Erfassungssystem, das eine unversperrte Sichtlinie zwischen dem
Sensor und dem Insassen benötigt,
macht es erforderlich, dass der Sensor für den Insassen sichtbar ist.
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Manche
Insassen-Feststellungssysteme des Stands der Technik versuchen,
die Art des Insassen oder Objekts auf dem beifahrerseitigen Sitz
zu ermitteln, zum Beispiel einen nach hinten weisenden Babysitz
von einem normal sitzenden Erwachsenen auf dem Beifahrersitz zu
unterscheiden. Dies ist aber im Allgemeinen eine sehr anspruchsvolle
Aufgabe, da es viele verschiedene mögliche Situationen gibt. Sensorsysteme,
die von Abstandsmessungen zur Ermittlung von Insassen-Situationen abhängen, verwenden
im Allgemeinen Informationen von einer relativ kleinen Anzahl an
Punkten im Raum für
das Ermitteln der bestimmten Art von Insasse auf dem Sitz aus vielen
Möglichkeiten
heraus. Die Ergebnisse dieser Systeme können unzuverlässig sein,
da eine bestimmte Situation durch einfache und übliche Handlungen wie das Werfen
einer Decke über
den Insassen erheblich geändert
werden kann. Systeme, die die Insassen-Situation unterscheiden können, können durch
die mangelnde Fähigkeit
beschränkt
sein, den Luftsack während
eines Bremsvorgangs vor dem Aufprall außer Betrieb zu setzen. Zudem
sind die in diesen Systemen eingesetzten Algorithmen manchmal so
komplex, dass die Leistung manchmal unvorhersehbar ist. Zwar können komplexe
Algorithmen manchmal den Mangel an direkten sensorischen Informationen
ausgleichen, doch können
die gleichen Algorithmen manchmal Leistungsanomalien verursachen.
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Erfindungsgemäß wird ein
System für
das Feststellen eines Insassen in einem Fahrzeug und für das Steuern
eines hierauf ansprechenden Sicherheitsrückhaltesystems an die Hand
gegeben, welches umfasst:
einen Sender für das Senden von Wellenenergie;
einen
Empfänger
für das
Empfangen der Wellenenergie und für das Erzeugen eines Signals,
welches auf die gemessene Dämpfung
der Wellenenergie anspricht, wobei der Sender und der Empfänger so
in dem Fahrzeug angeordnet sind, dass die Wellenenergie von dem
Sender zu dem Empfänger
von einem auf einem Sitz des Fahrzeugs normal sitzenden Insassen
unterbrochen wird und die Wellenenergie von einem sitzenden Insassen,
der weg von einem Rücklehnenteil
des Sitzes positioniert ist, nicht unterbrochen wird; und
ein
Steuergerät
für das
Steuern der Kraft des Sicherheitsrückhaltesystems, welche auf
das auf die Wellenenergie ansprechende Signal anspricht.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren für
das Feststellen eines Insassen in einem Fahrzeug und für das Steuern
der Auslösung
eines darauf ansprechenden Sicherheitsrückhaltesystems an die Hand gegeben,
welches umfasst:
Senden eines Wellensignals von einem Sender
zu einem Empfänger,
wobei der Sender und der Empfänger
so zu einem Sitz in dem Fahrzeug angeordnet sind, dass die Strecke
dazwischen durch einen auf dem Sitz des Fahrzeugs normal sitzenden
Insassen unterbrochen wird;
Messen der Dämpfung des Wellensignals von
einem Signal von dem Empfänger
und
Steuern der Kraft des Sicherheitsrückhaltesystems, welches auf
die Dämpfung
des Wellensignals anspricht.
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Erfindungsgemäß wird ferner
ein Verfahren für
das Feststellen eines Insassen in einem Fahrzeug und für das Steuern
der Auslösung
eines darauf ansprechenden Rückhaltesystems
an die Hand gegeben, welches umfasst:
Senden eines Wellensignals
von einem Sender;
Reflektieren eines Teils des Wellensignals
mit einer reflektierenden Fläche
und Empfangen des reflektierten Teils des Wellensignals mit einem
Empfänger, wobei
der Sender und der Empfänger
in einem Rücklehnenteil
eines Sitzes in dem Fahrzeug so angeordnet sind, dass das Wellensignal
von dem Sender durch einen auf dem Sitz normal sitzenden Insassen reflektiert
wird und das Wellensignal durch einen sitzenden Insassen, welcher
weg von einem Rücklehnenteil
des Sitzes positioniert ist, nicht unterbrochen wird; und
Steuern
der Kraft des Sicherheitsrückhaltesystems, welches
auf die gemessene Dämpfung
des reflektierten Teils des Wellensignals anspricht, das von dem Empfänger empfangen
wird.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen bei Lesen der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführung
unter Bezug auf die Begleitzeichnungen und bei Betrachtung gemäß den beigefügten Ansprüchen besser
hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine erste Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit leerem Sitz;
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2 zeigt
eine erste Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem nach hinten weisenden
Babysitz auf dem Sitz;
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3 zeigt
eine erste Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem normal auf dem Sitz sitzenden
Insassen;
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4 zeigt
eine erste Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem sich nach hinten lehnenden
Insassen auf dem Sitz;
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5 zeigt
eine erste Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem sich nach vorne lehnenden
Insassen auf dem Sitz;
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6 zeigt
eine erste Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem sich im Wesentlichen aus
der Position heraus nach vorne lehnenden Insassen auf dem Sitz,
wobei der Insasse nahe der Gefahrenzone des Luftsack-Gasgenerators
ist;
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7 zeigt
eine zweite Ausführung
einer ersten Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem leeren Sitz;
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8 zeigt
eine dritte Ausführung
einer ersten Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem leeren Sitz;
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9 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem leeren Sitz;
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10 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem nach hinten weisenden
Babysitz auf dem Sitz;
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11 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem normal auf dem Sitz
sitzenden Insassen;
-
12 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem sich nach hinten lehnenden
Insassen auf dem Sitz;
-
13 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem sich nach vorne lehnenden
Insassen auf dem Sitz;
-
14 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der in die Beifahrerseite eines Fahrzeugs
integrierten vorliegenden Erfindung mit einem sich im Wesentlichen
aus der Position heraus nach vorne lehnenden Insassen auf dem Sitz,
wobei der Insasse nahe der Gefahrenzone des Luftsack-Gasgenerators
ist;
-
15 zeigt
ein in der Rücklehne
eines Sitzes angebrachtes Sender-/Empfängersystem
nach einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei
ein sitzender Insasse davon versetzt ist;
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16 zeigt
ein in der Rücklehne
eines Sitzes angebrachtes Sender-/Empfängersystem
nach einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, mit
einem dazu benachbarten sitzenden Insassen;
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17 zeigt
ein Flussdiagramm einer Steuerlogik gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
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18 zeigt
ein Flussdiagramm einer Steuerlogik gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)
-
Unter
Bezug auf 1 umfasst gemäß einer ersten
Ausgestaltung ein System 10 für das Feststellen eines Insassen
ein Sender-/Empfänger-Subsystem 20 sowie
ein Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30.
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Das
Sender-/Empfänger-Subsystem 20 umfasst
einen Sender 22 und einen Empfänger 24, welche bei
einer Frequenz arbeiten, die von menschlichem Gewebe absorbiert
und reflektiert wird. Der Sender 22 sendet ein Sendesignal 28,
welches Wellenenergie umfasst, an den Empfänger 24. Vorzugsweise
wird die Betriebsfrequenz so gewählt,
dass die zugehörigen
RF-Signale eine Eindringtiefe in ein mit Wasser gesättigtes
Material von über
mehreren Millimetern haben, so dass ein auf die Sitzrücklehne
geworfenes nasses Handtuch das Signal nicht vollständig dämpft. Frequenzen
zwischen in etwa 100 MHz und etwa 30 GHz haben zum Beispiel solche
Absorptionseigenschaften. Vorzugsweise liegt die Betriebsfrequenz
zwischen 300 MHz und 10 GHz.
-
Der
Sender 22 und der Empfänger 24 sind jeweils
vorzugsweise so angeordnet, dass ein nach hinten weisender Babysitz
nicht die Sichtlinie zwischen diesen Komponenten versperrt, aber
ein normal sitzender, nach vorne gewandter Insasse diese gleiche
Sichtlinie immer versperrt – bei
jeder Sitzposition oder -einstellung. Wie zum Beispiel in 1–6 gezeigt
wird, kann der Sender 22 an jeder Stelle über dem
Dachhimmel und vor der vorderen Position der Sitzrücklehne
angeordnet werden, die nicht durch die Sonnenblende versperrt wird,
und der Empfänger 24 kann
in der Beifahrersitz-Rücklehne
angeordnet werden. Alternativ können
die Positionen des Senders 22 und des Empfängers 24 ausgetauscht
werden, so dass sich der Sender 22 in der Sitzrücklehne 26 und
der Empfänger 24 in
dem Dachhimmel befindet.
-
Vorzugsweise
ist der Sender 22 aber an der gegenüber dem Insassen entfernteren
der beiden Positionen angeordnet – zum Beispiel im Dachhimmel,
um die Belastung des Insassen mit Ruf-Energie zu minimieren.
-
Das
Sender-/Empfänger-Subsystem 20 kann
einen Micropower-Impuls-Radar umfassen, wie er zum Beispiel durch
die U.S. Patente 5,589,838 oder 5,661,490 gelehrt wird, welche hiermit
durch Erwähnung
Bestandteil dieser Anmeldung werden. Diese Systeme können den
Abstand zu Objekten innerhalb von 30 bis 300 cm relativ genau messen
und können
durch Verkleidungsmaterial, beispielsweise Fahrzeuginnenraumkomponenten,
hindurch arbeiten.
-
Das
Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30 mit
einer Messsucher- oder Näheerfassungsvorrichtung 32 ermittelt,
ob sich der Insasse innerhalb einer vorbestimmten Gefahrenzone 34 nahe
dem Luftsack-Gasgenerator 40 befindet. Der Messsucher könnte kapazitive,
Ultraschall-, optische (einschließlich auf Infrarot oder Sicht
beruhende Systeme) oder Radar-Technologien einsetzen. Vorzugsweise
ist das Bereich-/Nähe-Erfassungssubsystem 30 für das Unterscheiden
von belebten und unbelebten Objekten ausgelegt, wie dies bei kapazitiven
oder passiven Infrarotsensoren möglich
ist.
-
Das
System 10 zum Feststellen eines Insassen ermittelt, ob
der Luftsack auslöst,
indem es ermittelt, ob an der Sitzrücklehne ein menschlicher Körper anlehnt
bzw. ob er sich sehr nahe zum Luftsack-Gasgenerator 40 befindet.
Die Freigabe-Entscheidung für den Luftsack-Gasgenerator 40 erfolgt
gemäß der folgenden
Systemlogik, wie durch den Prozess (100) in 17 gezeigt
wird:
- a. Wenn sich in Schritt (104)
von der Messung durch das Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30 bei
Schritt (102) ein Körperteil
zu nahe am Luftsack-Gasgenerator 40 befindet.
d.h. innerhalb der Gefahrenzone 34, dann wird der Luftsack-Gasgenerator 40 bei
Schritt (106) außer
Betrieb gesetzt. Dieses Szenario wird in 6 gezeigt.
Alternativ wird der Luftsack-Gasgenerator 40 ebenfalls
außer
Betrieb gesetzt, wenn ein Objekt, zum Beispiel ein nach hinten weisender
Babysitz, in der Gefahrenzone 34 erfasst wird, wie in 2 gezeigt
wird. Typischerweise wird aber ein nach hinten weisender Babysitz
durch das Sender-/Empfänger-Subsystem 20 festgestellt.
- b. Andernfalls wird, wenn bei Schritt (110) aus der Dämpfungsmessung
von Schritt (108) durch das Sender-/Empfänger-Subsystem 20 die
RF-Signaldämpfung
zwischen dem Sender 22 und dem Empfänger 24 nicht so groß ist, dass
eine an der Sitzrücklehne 26 lehnende
Person angezeigt wird, der Luftsack-Gasgenerator 40 bei
Schritt (106) außer
Betrieb gesetzt. Dieses Szenario wird in 1, 2, 5 und 6 gezeigt.
Alternativ kann unter diesen Umständen der Luftsack-Gasgenerator 40 mit
einer weicheren Aufblaseigenschaft aktiviert werden.
- c. Andernfalls wird, wenn die RF-Signaldämpfung zwischen dem Sender 22 und
dem Empfänger 24 so
groß ist,
dass eine an der Sitzrücklehne 26 lehnende
Person angezeigt wird und sich kein Körperteil nahe dem Luftsack-Gasgenerator 40 befindet,
dann der Luftsack-Gasgenerator 40 bei Schritt (112)
freigegeben. Dieses Szenario wird in 3 und 4 gezeigt.
-
Unter
Bezug auf 1 sind das Sender-/Empfänger-Subsystem 20,
das Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30,
der Luftsack-Gasgenerator 40 und ein einen Zusammenstoß erfassendes Subsystem 60 operativ
mit einem Steuergerät 50 gekoppelt,
welches von einer Energiequelle 70 angetrieben wird. Wenn
bei Schritt (124) der Luftsack-Gasgenerator 40 durch
das Sender-/Empfänger-Subsystem 20 und
das Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30 freigegeben
wird, aktiviert bei Schritt (126) das Steuergerät 50 den
Luftsack-Gasgenerator 40 in Reaktion auf einen Zusammenstoß hinreichender
Stärke,
welcher von dem Zusammenstoß erfassenden
Subsystem 60 bei den Schritten (120, 122)
festgestellt wird. Der Luftsack-Gasgenerator 40 kann
eine oder mehrere Gasgeneratorstufen umfassen, wobei ein mehrstufiger
Gasgenerator die Steuerung der zugehörigen Aufblaseigenschaften durch
das Steuergerät 50 in
Reaktion (128) auf die Dämpfungsmessung des Sender-/Empfänger-Subsystems 20 vorsieht.
-
Das
System 10 für
das Feststellen eines Insassen liefert die geeignete Freigabe-Entscheidung für nahezu
alle typischen Situationen, einschließlich Situationen, bei denen
der Insasse im Beifahrersitz zurückgelehnt
ist, wie in 4 gezeigt wird, oder bei denen
der Kopf oder Rumpf des Insassen sich in der Gefahrenzone 34 des
Luftsack-Gasgenerators 40 befindet, wie in 6 gezeigt
wird.
-
Eine
weitere Situation, die möglich
aber weniger wahrscheinlich ist, tritt ein, wenn sich der Insasse
nach vorne lehnt, aber nicht in die Gefahrenzone 34, wie
in 5 gezeigt wird. Wenn diese Situation nur vorübergehend
ist, würde
der Luftsack solange freigegeben bleiben, wie der Insasse nicht
in der Gefahrenzone 34 festgestellt wird. Andernfalls kann
bei einem Sicherheitsrückhaltesystem
mit einem steuerbaren Luftsack-Gasgenerator 40 die Aufblaseigenschaft
abgeschwächt
werden. Wenn diese Situation über
viele Sekunden anhält,
würde das
System entweder 1) gezwungenermaßen annehmen, dass es sich
um einen nach hinten weisenden Babysitz handelt, und würde daher
den Luftsack außer
Betrieb setzen, oder 2) den Luftsack-Gasgenerator 40 mit
einer weicheren Aufblaseigenschaft aktivieren, wenn der Luftsack-Gasgenerator 40 steuerbar
ist.
-
Ein
mögliches
Problem des vorstehend beschriebenen Systems ist die Möglichkeit
von Signalreflexionen weg von den Innenwänden des Fahrzeugs, des Fahrersitzes
oder von jeder anderen Oberfläche,
welche zulässt,
dass ein Teil des gesendeten Signals den normal sitzenden Insassen
umgeht.
-
Ein
Weg zur Abschwächung
der Wirkungen von Signalreflexionen sind stark gerichtete Antennen sowohl
am Sender 22 als auch am Empfänger 24, welche jeweils
entlang der direkten Sichtlinie zwischen diesen gerichtet ist. Demgemäß wird die
Amplitude eines Signals, das sich nicht in der direkten Sichtlinie
befindet, aufgrund des zugehörigen
reduzierten Antennengewinns entlang der zugehörigen Richtungen reduziert.
Da sich die Sitzposition ändern kann
und sich der Sitzrücklehnenwinkel ändern kann, muss
das Gewinnmuster der Antennen diese relative Bewegung berücksichtigen.
Ein fächerförmiges Antennenmuster,
bei dem die Mittellinie des Sitzes in etwa in der Ebene des Fächermusters
liegt, ist bevorzugt. Die Winkelbreite des Fächermusters hängt von der
maximalen Auslenkung des Empfängers
aufgrund der Veränderung
der Sitzposition und des Sitzrücklehnenwinkels
ab.
-
Ein
anderer Weg zur Abschwächung
der Wirkungen von Signalreflexionen ist das Ansteuern des Empfängers, so
dass er nur auf Signale anspricht, welche dem direkten Weg zwischen
dem Sender 22 und dem Empfänger 24 folgen, wodurch
reflektierte Signale ignoriert werden, welche inhärent einem
längeren
Weg mit einer zugehörigen
längeren
Ausbreitungszeit folgen. Dementsprechend können relativ kleine, einfache
Antennen – wenn
auch mit relativ breiten Strahlungsmustern – in den Sender 22 und den
Empfänger 24 integriert
werden, vorausgesetzt, dass sie in Kombination mit einem Mittel
zum zeitlichen Steuern des Empfängers
verwendet werden, welches ausreichend genau und lösbar ist,
um alle möglichen,
verschiedenen Sitzkonfigurationen zugeordneten direkten Wegsignale
zu akzeptieren, während
die zugehörigen
Mehrwegsignale verworfen werden. Veränderungen der Sitzstrecke und
des Sitzrücklehnenwinkels
führen
zu entsprechenden Veränderungen
der Weglänge
zwischen dem Sender und dem Empfänger,
wodurch der zugehörige
Ansteuerintervall beeinflusst wird.
-
Wenn
bei allen möglichen
Sitzkonfigurationen die kürzeste
Mehrwegstrecke länger
als die längste
direkte Wegstrecke ist, kann die sich daraus ergebende verbundene
Mehrdeutigkeit durch separates Messen oder Ermitteln der kürzesten
Wegstrecke und der zugehörigen
zurückgelegten
Zeit gelöst werden,
so dass der zugehörige
Steuerintervall ermittelt wird, der die Mehrwegsignale für jede vorgegebene
Sitzkonfiguration ausfiltert. Der Abstand zwischen dem Sender 22 und
dem Empfänger 24 kann mit
Hilfe einer anderen Vorrichtung gemessen werden, welche die Ausbreitungszeit
zwischen dem Sender und dem Empfänger
misst. Vorzugsweise erfolgt die Messung der Ausbreitungszeit mit
Hilfe eines RF-Signals mit einer Frequenz, die durch einen Insassen
dringen kann, während
die Insassen-Feststellmessung
mit einem RF-Signal mit einer Frequenz erfolgt, die nicht durch
einen Insassen dringen kann. Das kombinierte System würde den
Abstand zum Empfänger
ermitteln und dann die Dämpfung
eines sich entlang des direkten Wegs zwischen dem Sender 22 und
dem Empfänger 24 bewegenden
Signals messen.
-
Alternativ
kann, wie in 7 gezeigt wird, ein zweiter
Sender 23 vorgesehen werden, um den Abstand zwischen dem
ersten Sender 22 und dem Empfänger 24 zu ermitteln,
wobei der zweite Sender 23 so angeordnet ist, dass der
direkte Weg zwischen dem zweiten Sender 23 und dem Empfänger 24 nicht durch
einen Insassen versperrt würde.
Der zweite Sender 23 kann zum Beispiel hinter dem Beifahrersitz
und nahe dem Fahrzeugdach angeordnet sein. Der zweite Sender 23 sendet
ein zweites Sendesignal 29 zu dem Empfänger 24, und der Abstand
dazwischen wird durch die Laufzeit des zweiten Sendesignals 29 ermittelt,
zum Beispiel gemäß U.S. Patent 5,589,838.
Dementsprechend wird zuerst die Position des Empfängers 24 mit
Hilfe des Signals von dem zweiten Sender 23 ermittelt,
und dann wird die Anwesenheit eines Insassen mit Hilfe des Signals
von dem ersten Sender 22 ermittelt, wobei der zwischen
dem zweiten Sender 23 und dem Empfänger 24 gemessene
Abstand dazu dient, den Ansteuerintervall für das Feststellen des Sendesignals 28 des
ersten Senders 22 einzustellen.
-
Unter
Bezug auf 8 kann der Sender 22 alternativ
in dem Fahrzeuginneren an einer Position angeordnet werden, von
welcher das Sendesignal 28 zuerst von einer reflektierenden
Oberfläche
des Fahrzeuginnern wegreflektiert wird, bevor es den Empfänger 24 erreicht.
Eine solche Anordnung bietet größere Flexibilität beim Anordnen
von Elementen des Sender-/Empfänger-Subsystems 20 hinsichtlich praktischer
Unterbringung und so dass der Weg des gesendeten Signals 28 dazwischen
durch die Insassen versperrt wird, welche so positioniert sind,
dass das Sicherheitsrückhaltesystem
ausgelöst
werden sollte, und so dass sie nicht durch die Insassen versperrt
wird, welche so positioniert sind, dass das Sicherheitsrückhaltesystem
nicht ausgelöst
werden sollte.
-
Unter
Bezug auf 9 umfasst gemäß einer zweiten
Ausgestaltung ein System 10 für das Feststellen eines Insassen
ein Sender-/Empfänger-Subsystem 20 und
ein Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30.
-
Das
Sender-/Empfänger-Subsystem 20 umfasst
einen Mikrowellenradarsender 22 und -empfänger 24,
welche bei einer Frequenz arbeiten, die von menschlichem Gewebe
absorbiert und reflektiert wird. Vorzugsweise wird die Betriebsfrequenz
so gewählt,
dass die zugehörigen
RF-Signale eine Eindringtiefe in ein mit Wasser gesättigtes
Material von über
mehreren Millimetern haben, so dass ein auf die Sitzrücklehne
geworfenes nasses Handtuch das Signal nicht vollständig dämpft. Frequenzen
zwischen in etwa 100 MHz und etwa 30 GHz haben zum Beispiel solche
Absorptionseigenschaften. Vorzugsweise liegt die Betriebsfrequenz
zwischen 300 MHz und 10 GHz. Im Allgemeinen wird ein Radarsignal
von der Oberfläche
eines Insassen zurückgeworfen,
unbeschadet der Mengenabsorptionseigenschaften des Insassen. Die
Stärke
des zurückgeworfenen
Signals 27 wird durch den Winkel der zugehörigen reflektierenden
Oberfläche
beeinflusst. Der Mikrowellenradarsender 22 und -empfänger 24 ist
dafür ausgelegt, Abstände innerhalb
eines Bereichs von etwa einem Meter zu messen, was dem Abstand zwischen
der Sitzrücklehne
und dem Fahrzeugdach entspricht.
-
Der
Sender 22 weist eine zugehörige Sendeantenne auf, welche
so ausgerichtet ist, dass sie die RF-Energie von der Vorderseite
der Sitzrücklehne nach
oben hin zum Fahrzeugdach lenkt. Der Empfänger 24 weist eine
zugehörige
Empfangsantenne auf, welche so ausgerichtet ist, dass die von anderen Richtungen
als vom Fahrzeugdach kommende Signale erheblich gedämpft werden.
Insbesondere sind die Sende- und Empfangsantennen vorzugsweise so ausgerichtet,
dass ein normal sitzender, nach vorne gewandter Insasse immer den
Strahlengang zwischen dem Sender-/Empfänger-Subsystem 20 und dem
Fahrzeugdach versperrt und ein nach hinten weisender Babysitz niemals
den gleichen Strahlengang versperrt – bei jeder Sitzposition bzw.
-einstellung. Es kann vorteilhaft sein, die Sende- und Empfangsantennen
wie nachstehend beschrieben zu trennen.
-
Ein
durch den Sender 22 gesendetes Sendesignal 25 wird
durch eine reflektierende Oberfläche reflektiert
und kehrt als zurückgeworfenes
Signal 27 zum Empfänger 24 zurück. Der
Empfänger 24 oder ein
Steuergerät 50,
welches mit diesem operativ gekoppelt ist, misst die Dämpfung des
empfangenen Signals und misst den Abstand zur reflektierenden Oberfläche aus
der Laufzeit des gesendeten 25 oder zurückgeworfenen 27 Signals,
wie bei einem Pulsmoden- oder rauschkodierten Radar, wie zum Beispiel
durch die U.S. Patente 5,589,838, 5,661,490 oder 5,731,781 gelehrt
wird, welche durch Erwähnung
hiermit Bestandteil der Anmeldung werden. Alternativ kann der Bereich
aus der einem linearfrequenz-modulierten Dauersende-(LFMCW)-Radar
zugeordneten Frequenzverschiebung gemessen werden.
-
Das
System 10 für
das Feststellen eines Insassen ermittelt, ob der Luftsack auslöst, indem
es beurteilt, ob sich an der Sitzrücklehne ein menschlicher Körper befindet
oder ob er sich sehr nahe zu dem Luftsack-Gasgenerator 40 befindet.
Die Freigabe-Entscheidung
für den
Luftsack-Gasgenerator 40 erfolgt gemäß der folgenden Systemlogik,
wie durch den Prozess (200) in 18 gezeigt
wird:
- a. Wenn sich in Schritt (204)
von der Messung durch das Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30 bei
Schritt (202) ein Körperteil
zu nahe am Luftsack-Gasgenerator 40 befindet.
d.h. innerhalb der Gefahrenzone 34, dann wird der Luftsack-Gasgenerator 40 bei
Schritt (206) außer
Betrieb gesetzt. Dieses Szenario wird in 14 gezeigt.
Alternativ wird der Luftsack-Gasgenerator 40 ebenfalls
außer
Betrieb gesetzt, wenn ein Objekt, zum Beispiel ein nach hinten weisender
Babysitz, in der Gefahrenzone 34 festgestellt wird, wie
in 10 gezeigt wird.
- b. Andernfalls wird, wenn bei Schritt (210) aus der Reflexionsmessung
von Schritt (208) durch das Sender-/Empfänger-Subsystem 20 das
Radarsignal eine erhebliche Reflexion aus einer Entfernung zeigt,
die konsistent mit einer Reflexion vom Dach des Fahrzeugs ist, was
anzeigt, dass kein an der Sitzrücklehne 26 lehnender,
normal sitzender, nach vorne gewandter Insasse anwesend ist, dann
wird der Luftsack-Gasgenerator 40 bei Schritt
(206) außer
Betrieb gesetzt. Dieses Szenario wird in 9, 10, 13 und 14 gezeigt.
Alternativ kann unter diesen Umständen der Luftsack-Gasgenerator 40 mit
einer weicheren Aufblaseigenschaft aktiviert werden. Bei einem Cabriolet
mit heruntergelassenem Verdeck könnte
der Algorithmus alternativ nur nach einer Reflexion großer Amplitude
sehr nahe zur Sitzrücklehne
suchen.
- c. Andernfalls wird, wenn bei Schritt (211) eine Reflexion
großer
Amplitude von einem Objekt sehr nahe zur Sitzrücklehne vorliegt und es keine Reflexion
aus einer Entfernung gibt, welche mit einer Reflexion vom Dach des
Fahrzeugs konsistent ist, was anzeigt, dass ein Insasse an der Sitzrücklehne
lehnt, dann wird der Luftsack-Gasgenerator 40 bei
Schritt (212) freigegeben. Dieses Szenario wird in 11 und 12 gezeigt.
Wenn bei Schritt (211) sowohl der Abstand als auch die Amplitude
unter den jeweiligen Grenzwerten liegen, dann wird angenommen, dass
das reflektierende Objekt ein nicht belebtes Objekt ist, was bewirkt,
dass der Gasgenerator bei Schritt (206) außer Betrieb
gesetzt wird.
-
Unter
Bezug auf 9 sind das Sender-/Empfänger-Subsystem 20,
das Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30,
der Luftsack-Gasgenerator 40 und ein einen Zusammenstoß erfassendes Subsystem 60 operativ
mit einem Steuergerät 50 gekoppelt,
welches von einer Energiequelle 70 angetrieben wird. Wenn
bei Schritt (224) der Luftsack-Gasgenerator 40 durch
das Sender-/Empfänger-Subsystem 20 und
das Bereichs-/Nähe-Erfassungssubsystem 30 freigegeben
wird, aktiviert bei Schritt (226) das Steuergerät 50 den
Luftsack-Gasgenerator 40 in Reaktion auf einen Zusammenstoß hinreichender
Stärke,
welcher von dem Zusammenstoß erfassenden
Subsystem 60 bei den Schritten (220, 222)
festgestellt wird. Der Luftsack-Gasgenerator 40 kann
eine oder mehrere Gasgeneratorstufen umfassen, wobei ein mehrstufiger
Gasgenerator die Steuerung der zugehörigen Aufblaseigenschaften durch
das Steuergerät 50 in
Reaktion (228) auf die Dämpfungsmessung des Sender-/Empfänger-Subsystems 20 hin
vorsieht.
-
Das
System 10 für
das Feststellen eines Insassen liefert die geeignete Freigabe-Entscheidung für nahezu
alle typischen Situationen, einschließlich Situationen, bei denen
der Insasse im Beifahrersitz zurückgelehnt
ist, wie in 12 gezeigt wird, oder bei denen
der Kopf oder Rumpf des Insassen sich in der Gefahrenzone 34 des
Luftsack-Gasgenerators 40 befindet, wie in 14 gezeigt
wird.
-
Eine
weitere Situation, die möglich
aber weniger wahrscheinlich ist, tritt ein, wenn sich der Insasse
nach vorne lehnt, aber nicht in die Gefahrenzone 34, wie
in 13 gezeigt wird. Wenn diese Situation nur vorübergehend
ist, würde
der Luftsack solange freigegeben bleiben, wie der Insasse nicht
in der Gefahrenzone 34 festgestellt wird. Andernfalls kann
bei einem Sicherheitsrückhaltesystem
mit einem steuerbaren Luftsack-Gasgenerator 40 die Aufblaseigenschaft
abgeschwächt
werden. Wenn diese Situation über
viele Sekunden anhält,
würde das
System entweder 1) gezwungenermaßen annehmen, dass es sich
um einen nach hinten weisenden Babysitz handelt, und würde daher
den Luftsack außer
Betrieb setzen, oder 2) den Luftsack-Gasgenerator 40 mit
einer weicheren Aufblaseigenschaft aktivieren, wenn der Luftsack-Gasgenerator 40 steuerbar
ist.
-
Für einen
normal sitzenden Insassen kann es möglich sein, sich zur Seite
des Sender-/Empfänger-Subsystems 20 zu
bewegen, wenn sowohl die Sendeantenne als auch die Empfangsantenne
die gleiche Antenne sind oder sehr nah zueinander positioniert sind.
Daher ist es vorteilhaft, die beiden Antennen quer über die
Sitzrücklehne
seitlich getrennt anzuordnen. Unter Bezug auf 15 ist
es viel schwieriger für
die RF-Energie, den Körper
des Insassen zu umgehen, wenn die Antennen etwa um 20 cm voneinander
getrennt sind und sich jeweils zur Seite der Mittellinie der Sitzrücklehne
befinden. 16 zeigt, wie ein normal sitzender
Insasse sowohl die Sende- als auch die Empfangsantenne versperrt.
-
Ein
Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung
mit anderen Arten von Sicherheitsrückhaltesystemen neben Luftsack-Gasgeneratoren
eingesetzt werden kann, welche auf eine steuerbare Aktivierung ansprechen. Weiterhin
können
Sender-/Empfänger-
und Bereichs-/Nähe-Sensoren,
die Wellenenergie nutzen, so angepasst werden, dass sie eine beliebige
Art von Wellenenergie einsetzen, zum Beispiel Schallenergie, hörbare Schallenergie,
nicht hörbare
Schallenergie, Ultraschallenergie, elektromagnetische Energie, elektromagnetische
Radiofrequenzenergie, Licht, sichtbares Licht, unsichtbares Licht,
elektromagnetische Infrarotenergie, elektromagnetische Mikrowellenenergie,
Radarenergie, Impulsenergie oder Dauersendeenergie. Weiterhin können diese
Sensoren so ausgelegt werden, dass sie in Reaktion auf einen Zusammenstoßsensor
aktiviert werden, zum Beispiel auf einen Zusammenstoßsensor
zur Absicherung der Elektronik vor Fehlern, so dass der Insasse
nicht ständig
der Wellenenergie ausgesetzt ist, sondern nur dieser ausgesetzt
wird, wenn das Eintreten eines Zusammenstoßes wahrscheinlich ist. Weiterhin
kann auch ein Beleuchtungssystem für einen auf Sicht beruhenden
Bereichs-/Nähe-Sensor
so angepasst werden.