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Die
US-A-6,220,627 offenbart ein Insassenerfassungssystem mit einem
Sender/Empfänger-Subsystem,
das die Wechselwirkung eines Insassen mit einem Strahl einer Wellenenergie
erfasst, der in einem Bereich angeordnet ist, der von einem normal
sitzenden Insassen eingenommen wird, und der weder von einem Insassen,
der sich in einer Fehlposition befindet, noch von einem nach hinten
gerichteten Kindersitz eingenommen wird.
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Die
US-A-6,302,438 offenbart ein Insassenerfassungssystem mit einem
Sender/Empfänger-Subsystem,
das sowohl den Abstand zu einem Sitz als auch den Abstand zur Vorderfläche des
Sitzes misst.
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Die
US-A-5,871,232 offenbart ein Insassenpositionserfassungssystem mit
einem Entfernungserfassungssensor in Kombination mit einem kapazitiven
Sensor.
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Die
US-A-5,964,478 umfasst einen kapazitiven Gefahrenzonensensor.
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Die
U5-A-6,005,958 offenbart ein sichtbasiertes System zur Erfassung
einer Insassenposition.
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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Insassenerfassungssysteme
zur Steuerung der Aktivierung von Fahrzeugsicherheitsrückhaltesystemen und
insbesondere zur Bestimmung der Anwesenheit und der Position eines
Insassen, um die Entfaltung eines Sicherheitsrückhaltesystems bei einem Unfall zu
beeinflussen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
Fahrzeug kann automatische Sicherheitsrückhalteaktuatoren umfassen,
die bei einem Fahrzeugunfall aktiviert werden, um eine Verletzung eines
Insassen zu mildern. Beispiele derartiger automatischer Sicherheitsrückhalteaktuatoren
umfassen Airbags, Sicherheitsgurtvorspanneinrichtungen sowie entfaltbare
Kniepolster. Eine Aufgabe eines automatischen Rückhaltesystems besteht darin,
eine Verletzung eines Insassen zu mildern, wobei mit dem automatischen
Rückhaltesystem
nicht mehr Verletzungen verursacht werden sollen, als durch den
Unfall verursacht würden,
wenn das automatische Rückhaltesystem
nicht aktiviert worden wäre.
Im Allgemeinen ist es aufgrund der Kosten für das Ersetzen der entsprechenden
Komponenten des Sicherheitsrückhaltesystems
und aufgrund der Möglickeit,
dass derartige Aktivierungen Insassen verletzen, wünschenswert,
automatische Sicherheitsrückhalteaktuatoren nur
zu aktivieren, wenn sie benötigt
werden, um eine Verletzung zu mildern. Dies trifft insbesondere
auf Airbag-Rückhaltesysteme
zu, bei denen Insassen, die dem Airbag zum Zeitpunkt der Entfaltung
zu nahe sind – d.h.
Insassen, die sich in einer Fehlposition befinden – anfällig für eine Verletzung
oder Tod durch den sich entfaltenden Airbags sind, sogar wenn der entsprechende
Fahrzeugunfall relativ schwach ist. Beispielsweise sind unangeschnallte
Insassen, die vor einem Aufprall einer starken Bremsung ausgesetzt
sind, besonders anfällig
dafür,
sich zum Zeitpunkt der Entfaltung in einer Fehlposition zu befinden.
Darüber
hinaus sind Insassen, die eine kleine Statur oder eine schwache
Konstitution haben, wie z.B. Kinder, kleine Erwachsene oder Menschen
mit zerbrechlichen Knochen, besonderes anfällig für von der Airbag-Aufblaseinrichtung
verursachte Verletzungen. Darüber
hinaus sind Kinder, die in einem normal positionierten, rückwärts gewandten
Kindersitz (rear facing infant seat, RFIS) in der Nähe eines
Vordersitz-Beifahrerairbags in richtiger Art und Weise gesichert
sind, aufgrund der Nähe
der Rückseite
des Kindersitzes zu dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul ebenfalls
anfällig
für eine
Verletzung oder Tod durch den sich entfaltenden Airbag.
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Airbags
können
für jeden
nach vorne gewandten Insassen günstig
sein, wenn sich dieser Insasse in einem beträchtlichen Abstand von der Aufblaseinrichtungsklappe
befindet. Airbags können
jedoch für
Kinder in nach hinten gewandten Kindersitzen (RFIS) tödlich sein.
Airbags können
darüber
hinaus für
nach vorne gewandte Insassen gefährlich sein,
wenn diese zum Zeitpunkt des Fahrzeugaufpralls der Aufblaseinrichtung
zu nahe sind, beispielsweise wenn ein unangeschnallter Insasse vor
einem Aufprall einer starken Bremsung ausgesetzt ist. Airbag-Aufblaseinrichtungen
sind mit einer vorgegebenen Rückhaltefähigkeit
konstruiert, beispielsweise der Fähigkeit, einen unangeschnallten
normal sitzenden 50%-Insassen zu schützen, wenn er einem Unfall
ausgesetzt ist, der einem Aufprall an eine Barriere mit 30 MPH entspricht,
was zu zugehörigen
Energie- und Kraftniveaus führt,
die bei Insassen, die sich in einer Fehlposition befinden, bei kleinen
oder gebrechlichen Insassen, wie z.B. Kindern, kleinen Frauen oder älteren Insassen
oder bei Kindern in rückwärts gerichteten
Kindersitzen (RFIS) zu Verletzungen führen können. Obwohl sie relativ selten
vorkommen, haben Verletzungs- oder Todesfälle, die von Airbag-Aufblaseinrichtungen
bei Unfällen
verursacht wurden, bei denen die Insassen ansonsten relativ unverletzt überlebt
hätten,
den Anstoß dazu
gegeben, das Potential von Airbag-Aufblaseinrichungen, die Insassen,
die sie schützen
sollen, zu verletzen, zu verringern oder zu beseitigen.
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Automobilhersteller
und NHTSA suchen nach Verfahren, Airbags in Situationen zu deaktivieren,
in denen sie mehr Schaden als Nutzen anrichten können. Airbags wurden so entwickelt,
dass sie sich mit einer Kraft öffnen,
die ausreichend ist, einen 79,4 kg (175 lb) wiegenden Erwachsenen
bei einem Hochgeschwindigkeitsunfall zurückzuhalten. Wenn sich diese
Airbags entfalten, wenn Kinder auf dem Vordersitz eines Fahrzeugs
sitzen, können
sie ernsthafte Verletzungen verursachen. Eine weitere potentiell gefährliche
Situation liegt vor, wenn sich der Insasse zum Zeitpunkt der Airbagentfaltung
sehr nahe an dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul befindet. Neuere
NHTSA-Daten schlagen vor, dass ernsthafte Verletzungen aufgrund
dieser Nähe
zu der Aufblaseinrichtung verringert oder vermieden werden können, wenn
der Airbag deaktiviert wird, wenn sich ein Insasse näher als
ungefähr
10,16 bis 25,4 cm (4 bis 10 Inches) von der Aufblaseinrichtungsklappe
befindet. Der zu der Airbag-Aufblaseinrichtung benachbarte Bereich,
in dem das Risiko besteht, dass der Insasse durch den Airbag verletzt
wird, wird als "Risiko"-Zone bezeichnet.
Die Größe der Risikozone
hängt von
den Aufblaseigenschaften der zugehörigen Airbag-Aufblaseinrichtung
und der Geschwindigkeit des Insassen relativ zu dem Airbagmodul
ab. Frühere
Studien haben vorgeschlagen, dass sich die Risikozone ungefähr 20,32
cm (8 Inches) von der Aufblaseinrichtungsklappe erstreckt.
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Ein
Verfahren zum Mildern von Verletzungen von Insassen durch die Airbag-Aufblaseinrichtung besteht
darin, die Kraft- und Energieniveaus der zugehörigen Airbag-Aufblaseinrichtung
zu verringern, beispielsweise indem die Menge des Gaserzeugungsmittels
in der Airbag-Aufblaseinrichtung oder deren Aufblasgeschwindigkeit
verringert wird. Dies verringert das Risiko, Insassen durch die
Airbag-Aufblaseinrichtung zu schädigen,
während
gleichzeitig die Rückhaltefähigkeit
der Airbag-Aufblaseinrichtung verringert wird, was das Verletzungsrisiko
für die
Insassen vergrößert, wenn
sie ernsthafteren Unfällen ausgesetzt
sind.
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Ein
weiteres Verfahren zum Mildern von Verletzungen von Insassen durch
die Airbag-Aufblaseinrichtung
besteht darin, die Rate der Aufblasgeschwindigkeit oder die Kapazität der Aufblaseinrichtung
in Abhängigkeit
einer Maßzahl
für die
Schwere des Unfalls zu steuern. Der Stand der Technik lehrt die
Verwendung von Mehrstufen-Aufblaseinrichtungen
mit getrennten unabhängigen
abgeteilten Stufen und entsprechenden Zündschaltungen, wodurch die Stufen
in einer zeitverzögerten
Abfolge ge zündet werden
können,
um die effektive Aufblasgeschwindigkeit zu steuern, oder die Zündung von
Stufen kann verhindert werden, um die effektive Aufblaseinrichtungskapazität zu steuern.
Der Stand der Technik lehrt darüber
hinaus den Einsatz einer Hybrid-Aufblaseinrichtung, die eine Kombination
aus einem gespeicherten Gas und mehreren pyrotechnischen Gaserzeugungselementen
umfasst, die unabhängig gezündet werden.
Darüber
hinaus lehrt der Stand der Technik ferner den Einsatz von Steuerventilen
zur Steuerung der gasförmigen
Auslassströmung
aus der Aufblaseinrichtung. Die Aufblasgeschwindigkeit und -kapazität kann in
Reaktion auf die erfasste oder geschätzte Unfallschwere gesteuert
werden, wodurch ein weniger schwerer Unfall eine geringere Aufblasgeschwindigkeit
oder Aufblaskapazität
erfordern würde
als ein sehr schwerer Unfall. Da weniger schwere Unfälle wahrscheinlicher
sind als schwere und da eine derartige gesteuerte Aufblaseinrichtung unter
den Bedingungen eines weniger schweren Unfalls weniger aggressiv
wäre als
unter denjenigen bei einem schweren Unfall, sinkt die Wahrscheinlichkeit für Insassen,
die aufgrund ihrer Größe oder
Position dem Risiko einer Verletzung durch die Airbag-Aufblaseinrichtung
ausgesetzt sind, sich zu verletzen insgesamt, da die Wahrscheinlichkeit
steigt, dass sie einer wenigen aggressiven Aufblaseinrichtung ausgesetzt sind.
Das Verletzungsrisiko für
derartige Insassen würde
sich jedoch unter den Bedingungen eines schwereren Unfalls nicht
verringern, wenn die Aufblaseinrichtung absichtlich aggressiv gestaltet
wird, um für
einen ausreichenden Rückhalt
für normal
positionierte Insassen zu sorgen.
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Noch
ein weiteres Verfahren zur Milderung von Verletzungen von Insassen
durch die Airbag-Aufblaseinrichtung besteht darin, die Aktivierung
der Aufblaseinrichtung in Reaktion auf die Anwesenheit und die Position
des Insassen zu steuern, wodurch die Aufblaseinrichtung nur aktiviert
wird, wenn sich ein Insasse außerhalb
der zugehörigen
Risikozone der Aufblaseinrichtung befindet. Neuere NHTSA-Daten schlagen
vor, dass ernsthafte Verletzungen aufgrund der Nähe zu der Aufblaseinrichtung
verringert oder vermieden werden können, wenn der Airbag deaktiviert
wird, wenn sich der Insasse näher
als ungefähr
10,16 bis 25,4 cm (4 bis 10 Inches) von der Aufblaseinrichtungsklappe
befindet. Ein derartiges System zur Deaktivierung der Airbag-Aufblaseinrichtung
erfordert einen Insassensensor, der ausreichend empfindlich und
robust ist, um eine derartige Bestimmung vorzunehmen und gleichzeitig
keine Deaktivierung der Airbag-Aufblaseinrichtung zu verursachen,
wenn sie anderweitig benötigt
wird, um für einen
Rückhalt
des Insassen zu sorgen.
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Außer in einigen
Fällen
von Unfällen
mit einem schrägen
oder seitlichen Aufprall ist es aufgrund der sonst unnötigen Kosten
und der mit dem Ersatz eines Aufblassys tems für einen entfalteten Airbag verbundenen
Unannehmlichkeiten allgemein wünschenswert,
einen automatischen Sicherheitsrückhalteaktuator
nicht zu aktivieren, wenn kein zugehöriger Insasse anwesend ist.
Der Stand der Technik lehrt verschiedene Einrichtungen zur Erfassung
der Anwesenheit eines Insassen oder der Erkennung eines unbelebten
Objekts im Sitz eines Fahrzeugs für die Implementierung eines
derartigen Systems. Beispielsweise können Gewichtssensoren in den
Sitz integriert werden, um die Anwesenheit eines Insassen zu erfassen.
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Noch
ein weiteres Verfahren zum Mildern von Verletzungen von Insassen
durch die Airbag-Aufblaseinrichtung besteht darin, die Aufblasgeschwindigkeit
oder Aufblaskapazität
der Airbag-Aufblaseinrichtung in Reaktion auf die Anwesenheit und
die Position eines Insassen zu steuern. Ein derartiges Steuersystem
würde besonders
bevorzugt in Kombination mit einem auf die Unfallschwere reagierenden
steuerbaren Aufblassystem, wie z.B. oben beschrieben, eingesetzt
werden, wobei die Insassenpositionseingaben dazu verwendet werden
können,
sonst übermäßig aggressive
Airbag-Aufblaseinrichtungssteuerungen
aufzuheben, die sonst durch das spezielle Ernsthaftigkeitsniveau
des Unfalls angezeigt sein würden,
die jedoch bei Insassen mit einer kleinen Statur oder einem geringen
Gewicht oder bei Kindern in nach hinten gerichteten Kindersitzen
zu Verletzungen führen
könnten.
Ein derartiges System zur Steuerung der Airbag-Aufblaseinrichtung
erfordert einen Insassenpositionssensor, der robust und ausreichend
genau ist und der verschiedene Insassensitzkonfigurationen und -bedingungen
unterscheiden und unterschiedlich behandeln kann.
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Der
Stand der Technik lehrt den Einsatz von in den Sitz integrierten
Sensoren zur Erfassung der Anwesenheit, des Gewichts oder der Sitzposition
des Insassen. Die US-Patente
3,672,699, 3,767,002, 5,161,820, 5,474,327 und 5,612,876 lehren
den Einsatz von in den Sitz integrierten Insassenanwesenheitssensoren
zur Steuerung der Aktivierung der zugehörigen Airbag-Aufblaseinrichtung.
Das US-Patent 5,205,582 lehrt ein System, bei dem die einem unbesetzten
Sitz zugeordnete Airbag-Aufblaseinrichtung bei
Beschleunigungen oberhalb eines zweiten Unfallverzögerungsschwellenwerts
aktiviert und sonst deaktiviert ist. Das US-Patent 5,074,583 lehrt
eine Mehrzahl von in den Sitz integrierten Sensoren zur Erfassung
des Gewichts und der Sitzposition eines Insassen, um ein Airbagsystem
zu steuern. Die US-Patente 5,232,243, 5,494,311 und 5,624,132 lehren
eine Anordnung von in den Sitz integrierten Krafterfassungsfilmelementen,
um die Anwesenheit, das Gewicht oder die Position eines Insassen
zur Steuerung einer mehrstufigen Airbag-Aufblaseinrichtung, eines
Aufblaseinrichtungsentlüftungsventils
oder der räumlichen
Orientierung der Airbag-Aufblaseinrichtung zu erfassen. Das US-Patent
5,404,128 lehrt den Einsatz eines in den Sitz integrierten Schwingungssensors
zur Erfassung der durch die Atmung und die Herzrhythmen verursachten
Schwingungen, um zu bestimmen, ob eine Person anwesend ist oder
nicht. Das US-Patent 5,573,269 lehrt eine Einrichtung zur Korrektur
einer Sitzgewichtmessung, bei der der Sitzlehnenneigungswinkel und
die Fußposition
verwendet wird. Bei einigen Systemen, die das Sitzgewicht als Mittel
zur Steuerung der Aktivierung einer Airbag-Aufblaseinrichtung beinhalten,
muss die Airbag-Aufblaseinrichtung deaktiviert werden, wenn das erfasste
Insassengewicht weniger als 30 kg beträgt, um sicherzustellen, dass
die Airbag-Aufblaseinrichtung für
eine 50%-Frau aktiviert, für
ein Kind in einem rückwärts gerichteten
Kindersitz dagegen deaktiviert ist. In einigen Fällen, beispielsweise wenn der
den Kindersitz sichernde Sicherheitsgurt zu straff gezogen ist,
könnte
ein zugehöriger
Sitzgewichtssensor ein scheinbares Gewicht erfassen, das größer ist,
als der zugehörige
Abschalteschwellenwert, so dass die Airbag-Aufblaseinrichtung fehlerhaft
aktiviert wird, wenn ein rückwärts gerichteter
Kindersitz vorhanden ist.
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Die
US-Patente 5,071,160 und 5,118,134 lehren die Kombination der Erfassung
einer Insassenposition und/oder einer Geschwindigkeit und einer
Fahrzeugbeschleunigung zum Steuern einer Aufblaseinrichtung. Beide
Patente lehren beispielsweise den Einsatz einer Ultraschallmessung
zur Erfassung der Insassenposition. Das US-Patent 5,071,160 lehrt darüber hinaus
beispielsweise die Verwendung eines passiven Infrarot-Insassenpositionssensors,
während
das US-Patent 5,118,134 den Einsatz eines Mikrowellensensors lehrt.
Das US-Patent 5,398,185 lehrt die Verwendung einer Mehrzahl von
Insassenpositionssensoren in einem System zur Steuerung von Sicherheitsrückhalteaktuatoren
in Reaktion darauf.
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Der
Stand der Technik lehrt die Verwendung von einem oder mehreren Ultraschallstrahl(en),
die von der Oberfläche
eines Objekts reflektiert werden, um die Position der Oberfläche des
Objekts zu erfassen. Das US-Patent 5,330,226 lehrt die Kombination eines
im Armaturenbrett angebrachten Ultraschallmesssensors und eines über Kopf
angeordneten passiven Infrarotsensors zur Erfassung einer Insassenposition,
um eine mehrstufige Airbag-Aufblaseinrichtung oder ein damit verbundenes
Entlüftungsventil
zu steuern. Die US-Patente 5,413,378, 5,439,249 und 5,626,359 lehren
die Kombination von im Armaturenbrett und im Sitz angebrachten Ultraschallsensoren
in Kombination mit anderen Sitzsensoren zur Erfassung der Position
und des Gewichts des Insassen, um ein Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul
zu steuern. Das US-Patent
5,482,314 lehrt die Kombination von Ultraschall- sowie passiven
Infrarotsensoren zusammen mit einer zugehörigen Signalverarbeitung, um
zu bestimmen, ob ein passives Rückhaltesystem
deaktiviert werden soll oder nicht. Die US-Patente 5,653,462 und
5,829,782 lehren ein System zur Identifizierung und Überwachung
des Inhalts eines Fahrgastraums, indem ein Objekt mit einem Wellengenerator
bestrahlt wird, der Wellen in Richtung des Fahrzeugsitzes lenkt,
und das empfangene Signal mit einem neuronalen Netzwerk oder einem
anderen Mustererkennungssystem verarbeitet wird. Darüber hinaus
zeigt das US-Patent 5,653,462 ein System, bei dem ein Wellensignal
erst von der Windschutzscheibe reflektiert wird, bevor es den Fahrzeugsitz erreicht.
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Der
Stand der Technik lehrt darüber
hinaus die Verwendung von Infrarotstrahlen, die von der Oberfläche eines
Objekts reflektiert werden, um die Position der Oberfläche des
Objekts zu erfassen. Die US-Patente 5,446,661 und 5,490,069 lehren
einen Infrarotstrahl, der von einem Sender auf einen Reflexionspunkt
auf dem Objekt gerichtet wird. Ein Empfänger erfasst die von dem Reflexionspunkt
gestreute Strahlung und misst den Abstand des Reflexionspunkts von
dem Sender auf der Basis einer Triangulation der gesendeten und
empfangenen Strahlen, um die Aktivierung eines Sicherheitsrückhaltesystems
zu steuern. Diese Patente lehren darüber hinaus die Kombination
eines Infrarotstrahl-Insassenpositionssensors mit einem Beschleunigungssensor, um
ein Airbag-Aufblassystem zu steuern. Das US-Patent 5,549,322 lehrt
die Integration eines Lichtstrahlinsassensensors in eine Airbagklappe.
Darüber hinaus
werden Infrarotstrahlsensoren üblicherweise als
Entfernungsmesser in Autofokuskameras eingesetzt.
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Der
Stand der Technik gemäß den US-Patenten
4,625,329, 5,528,698 und 5,531,472 lehrt den Einsatz von Bildgebungssystemen
zur Erfassung der Insassenposition, wobei die zwei letztgenannten
Patente diese Information dazu nutzen, eine Airbag-Aufblaseinrichtung
zu steuern. Die US-Patente 5,528,698, 5,454,591, 5,515,933, 5,570,903
und 5,618,056 lehren verschiedene Einrichtungen zur Erfassung der
Anwesenheit eines rückwärts gerichteten
Kindersitzes, um eine zugehörige
Airbag-Aufblaseinrichtung
zu deaktivieren.
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Der
Stand der Technik lehrt darüber
hinaus den Einsatz einer kapazitiven Erfassung, um die Anwesenheit,
die Nähe
oder die Position eines Insassen zu messen. Das US-Patent 3,740,567
lehrt den Einsatz von in das Unterteil bzw. die Lehne des Sitzes
integrierten Elektroden im Zusammenhang mit einer kapazitätsempfindlichen
Schaltung, um zwischen menschlichen Insassen und Tieren oder auf
einem Automobilsitz ruhenden Paketen zu unterscheiden. Das US-Patent
3,898,472 lehrt eine Insassenerfassungsvorrichtung, die eine metallische
Elektrode umfasst, welche angeordnet ist, um mit der Karosserie eines
Automobils zusammenzuwirken, um gemeinsam mit einer zugehörigen Schaltung,
die in Abhängigkeit
der Anwesenheit eines Insassen Schwankungen der zugehörigen Kapazität erfasst,
einen Insassenerfassungskondensator zu bilden. Das US-Patent 4,300,116
lehrt den Einsatz eines kapazitiven Sensors zur Erfassung von Menschen
in der Nähe
der Außenseite
eines Fahrzeugs. Das US-Patent 4,796,013
lehrt einen kapazitiven Belegungsdetektor, bei dem die Kapazität zwischen
dem Unterteil des Sitzes und dem Dach des Fahrzeugs erfasst wird. Das
US-Patent 4,831,279 lehrt eine kapazitätsempfindliche Steuerschaltung
zur Erfassung von mit der Anwesenheit einer Person verbundenen transienten Kapazitätsänderungen.
Die US-Patente 4,9870,519 und 5,214,388 lehren die Verwendung einer
Anordnung kapazitiver Sensoren zur Erfassung der Nähe eines
Objekts. Das US-Patent 5,247,261 lehrt den Einsatz eines auf ein
elektrisches Feld reagierenden Sensors zur Messung der Position
eines Punkts bezüglich
mindestens einer Achse. Das US-Patent 5,411,289 lehrt den Einsatz
eines in die Rückenlehne des
Sitzes integrierter kapazitiven Sensors zur Erfassung der Anwesenheit
eines Insassen. Das US-Patent 5,525,843 lehrt den Einsatz von in
das Unterteil und die Lehne des Sitzes integrierter Elektroden,
um die Anwesenheit eines Insassen zu erfassen, wobei die Elektroden
im Wesentlichen von dem Fahrzeugchassis isoliert sind, wenn die
Erfassungsschaltung aktiv ist. Das US-Patent 5,602,734 lehrt eine
Anordnung von über
dem Insassen angebrachten Elektroden, um eine Insassenposition auf
der Basis des Einflusses des Insassen auf die Kapazität unter
den Elektroden zu erfassen.
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Der
Stand der Technik lehrt Systeme, die allein oder in Kombination
eingesetzt werden, um den Beifahrerairbag in gefährlichen Situationen zu unterdrücken. Diese
Systeme umfassen verschiedene Erfassungstechnologien, beispielsweise:
aktive
Infrarotsensoren
passive Infrarotsensoren (Wärmedetektoren)
Ultraschallsensoren
kapazitive
Sensoren
Gewichtssensoren (einschließlich verschiedener Sensortechnologien
und Messverfahren)
Kindersitz-"Markierungs"-Sensoren
sichtbasierte Systeme
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Eine
Aufgabe dieser Sensoren besteht darin zu bestimmen, wann sich ein
Insasse sehr nahe bei der Aufblaseinrichtungsklappe und im Weg des
sich entfaltenden Airbags befindet, insbesondere Insassen, die sich
in einer Fehlposition befinden und rückwärts gerichtete Kinder. Nach
der Erfassung müssen diese
Systeme die korrekte Airbag-Entfaltungsstrategie einsetzen, so dass
der Beifahrerairbag deaktiviert wird, wenn zum Zeitpunkt eines Unfalls
ein rückwärts gerichteter
Kindersitz anwesend ist oder wenn sich eine Person innerhalb eines
spezifizierten Bereichs in der Nähe
der Aufblaseinrichtungsklappe befindet. Eine Verkomplizierungssituation
für den
Sensor liegt dann vor, wenn sich ein Objekt, aber kein Teil des
Insassen, in der Risikozone befindet. Üblicherweise könnte der
Airbag für
den Insassen immer noch nützlich
sein, speziell wenn das Objekt in der Risikozone ein Objekt mit
einer geringen Dichte oder einer geringen Masse ist, beispielsweise
eine Zeitung oder eine Karte. Systeme, die nur Ultraschall- oder
optische Erfassungsmechanismen einsetzen, können durch Zeitungen blockiert
werden. Ultraschallsensoren werden in einigen Konfigurationen durch
Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Höhe) beeinträchtigt, da sich die Schallgeschwindigkeit
in Abhängigkeit der
Umgebung verändert.
Jedes Erfassungssystem, das eine freie Sichtlinie zwischen dem Sensor
und dem Insassen benötigt,
erfordert es, dass der Sensor für
den Insassen sichtbar ist.
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Radarsysteme
können
dazu eingesetzt werden, den Abstand zu einem Objekt zu messen. Es besteht
jedoch eine Auffassung, dass biologisches Gewebe durch die kontinuierliche
Bestrahlung mit einem Radarstrahl in negativer Art und Weise beeinträchtigt werden
kann.
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Üblicherweise
werden zwei oder mehrere dieser Sensoren gemeinsam eingesetzt, um
zu versuchen, Kindersitze, kleine Insassen, leere Sitze, große Insassen
und Insassen, die sich in einer Fehlposition befinden, zu identifizieren.
Je mehr Sensoren eingesetzt werden, desto besser steht die Chance
für ein
Hochleistungssystem. Die Kosten von Systemen, bei denen viele Sensoren
eingesetzt werden, können
jedoch aufgrund der großen
Anzahl von Komponenten und der zunehmenden Montagekomplexität des Fahrzeugs
prohibitiv hoch werden.
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Sensoren,
die den Abstand zwischen einem Referenzpunkt und der Oberfläche eines
Objekts messen, wie z.B. Ultraschall- oder Infrarotstrahlsensoren,
sind darüber
hinaus für
Fehlmessungen empfindlich, wie sie beispielsweise durch die Anwesenheit
der Extremitäten
eines Insassen oder durch die Anwesenheit eines Objekts, wie z.B.
eines Schals oder einer von ihm gehaltenen Zeitung in der Nähe des Sensors
verursacht würden.
Diese Sensortypen könnten
dazu verwendet werden, die Risikozone in die Nähe der Aufblaseinrichtungsklappe
zu überwachen,
sie weisen jedoch ernsthafte Nachteile auf. Insbesondere umfassen
infrarotbasierte Systeme üblicherweise
einen Strahl, der sehr viel schmaler ist, als das Volumen der Risikozone,
so dass mehrere Strahlen erforderlich sein können, um ein Objekt irgendwo im
Inneren der Risikozone zuverlässig
zu erfassen. Die Integration mehrerer Strahlen führt zu zusätzlichen Kos ten, zu Komplexität und einer
möglicherweise
verlangsamten Reaktion. Darüber
hinaus würden sowohl
Infrarotstrahl- als auch ultraschallbasierte Sensoren eine beträchtliche
Menge an Hardware in der Nähe
der Aufblaseinrichtungsklappe erfordern, wenn die Risikozone in
der Nähe
der Aufblaseinrichtung überwacht
werden soll.
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Ein
Nachteil vieler Insassenerfassungssysteme besteht darin, dass sie
nicht die relevantesten Informationen sammeln, um zu bestimmen,
ob sich der Insasse in einer Risikozone um das Aufblaseinrichtungsmodul
befindet. Insassenerfassungssysteme, die über dem Insassen angebracht
sind und auf den Sitzbereich herabsehen, haben die falsche physikalische
Perspektive, um den Bereich um die Aufblaseinrichtungsklappe unmittelbar
zu überwachen.
Sogar wenn ein idealer Satz am Dach angebrachter Sensoren die grobe
Position eines Insassen zuverlässig
bestimmen kann – was
eine sehr herausfordernde Aufgabe ist – kann das tatsächliche
Volumen zwischen der Aufblaseinrichtungsklappe und dem Insassen durch
den Körper
des Insassen für
die Sensoren blockiert sein. Wenn das Kriterium zur Steuerung der Aktivierung
einer Airbag-Aufblaseinrichtung teilweise auf der Nähe des Körpers des
Insassen zur Airbag-Aufblaseinrichtungsklappe basieren würde, dann
können über Kopf
angebrachte Sensoren die relevanten Informationen einfach nicht
zuverlässig erhalten.
Systeme, bei denen nur Ultraschall- und optische Erfassungsmechanismen
eingesetzt werden, können
durch Zeitungen blockiert werden. Ultraschallsensoren werden in
einigen Konfigurationen durch Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit,
Höhe) beeinträchtigt,
da sich die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Umgebung ändert. Jedes
Erfassungssystem, das eine freie Sichtlinie zwischen dem Sensor
und dem Insassen benötigt, erfordert
es, dass der Sensor für
den Insassen sichtbar ist.
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Einige
aus dem Stand der Technik bekannte Insassenerfassungssysteme versuchen,
die Art des Insassen oder des Objekts auf dem Beifahrersitz zu identifizieren,
beispielsweise um einen rückwärts gerichteten
Kindersitz von einem normal sitzenden Erwachsenen in dem Beifahrersitz
zu unterscheiden. Dies ist im Allgemeinen jedoch eine sehr herausfordernde
Aufgabe, da eine sehr große
Vielfalt möglicher
Situationen existiert. Sensorsysteme, die von Abstandsmessungen
zur Identifikation von Insassensituationen abhängig sind, nutzen im Allgemeinen
Informationen einer relativ kleinen Anzahl von Punkten im Raum,
um die spezielle Art des Insassen in dem Sitz unter vielen Möglichkeiten
zu identifizieren. Ergebnisse von diesen Systemen können unzuverlässig sein,
da eine spezielle Situation durch einfache und gebräuchliche
Handlungen, beispielsweise das Werfen einer Decke über den
Insassen, bedeutend verändert
werden kann. Systeme, die die Insassensituation unterscheiden können, können durch
die Unfähigkeit
beschränkt
werden, den Airbag während
einer Brem sung vor einem Aufprall zu deaktivieren. Darüber hinaus
sind die in derartigen Systemen eingesetzten Algorithmen manchmal
so komplex, dass die Leistung manchmal unvorhersagbar ist. Obwohl komplexe
Algorithmen manchmal den Mangel an unmittelbaren Sensorinformationen
kompensieren können,
können
die gleichen Algorithmen manchmal Leistungsanomalien verursachen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung überwindet die oben erwähnten Probleme,
indem ein radarbasiertes Entfernungsmesssystem bereitgestellt wird,
wie es im Anspruch 1 definiert ist. Das radarbasierte Entfernungsmesssystem
reagiert auf einen kontinuierlich aktiven Aktivierungssensor, um
die Entfaltung eines Airbags zu unterdrücken, wenn sich ein Insasse
zu nahe bei der Airbag-Aufblaseinrichtungsklappe befindet, nachdem
ein Fahrzeugunfall begonnen hat. Der kontinuierlich aktive Aktivierungssensor
umfasst entweder einen Aufprallsensor oder einen Bereichs-/Näherungssensor
und das radarbasierte Entfernungsmesssystem steht damit in Verbindung.
Die vorliegende Erfindung erfasst ein menschliches Körperteil,
das sich zum Zeitpunkt des Aufpralls innerhalb der Risikozone der
Airbag-Aufblaseinrichtung befindet, so dass der Airbag deaktiviert oder
seine Aufblasgeschwindigkeit reduziert werden kann.
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Airbags
können
für vorwärts gewandte
Insassen gefährlich
sein, die sich zum Zeitpunkt des Fahrzeugaufpralls zu nahe an der
Airbag-Aufblaseinrichtung befinden, wie dies beispielsweise der
Fall sein kann, wenn ein unangeschnallter Insasse vor einem Aufprall
einer starken Bremsung ausgesetzt ist. Um wirksam zu sein, muss
der Sensor die Anwesenheit des Insassen in der Nähe der Airbag-Aufblaseinrichtung
innerhalb einer ausreichenden Zeit erfassen, um den Airbag zu deaktivieren,
während
der Insasse während
dieser Bremsung noch vor dem Aufprall durch die Luft "fliegt".
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Der
in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Radarsensor ist schnell
genug, um die Position eines Insassen innerhalb einiger Millisekunden
zu identifizieren. Ein Nachteil eines Radarsensors, dem die Insassen
ausgesetzt sind, sind jedoch die möglicherweise schädlichen
Wirkungen – entweder
real oder empfunden – die
aus der Bestrahlung mit der entsprechenden elektromagnetischen Strahlung
resultieren. Konsumenten und daher Automobilhersteller können aufgrund
der Vorstellung möglicher
negativer gesundheitlicher Wirkungen unabhängig von dem Fehlen eines Beweises,
dass ein Radar mit einer niedrigen Leistung irgendeine biologische
Wirkung haben würde,
zögern,
Radar im Inneren eines Automobils einzusetzen.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren bereit,
wie es im Anspruch 9 definiert ist. Ein dritter Aspekt der Erfindung
stellt ein Verfahren bereit, wie es im Anspruch 13 definiert ist.
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Somit
wird es dem Radar ermöglicht,
inaktiv zu sein, bis sich ein Objekt in der Risikozone befindet oder
ein Fahrzeug tatsächlich
kollidiert. Die vorliegende Erfindung sorgt für schnelle Kommunikationen sowie
ein Aktivierungscharakteristikum, das das Radar ausgeschaltet hält, bis
ein Signal von dem Aufprallertassungs-Airbagsteuerungsmodul empfangen wird
oder bis ein Bereichs-/Näherungssensor
ein Objekt in der Risikozone erfasst. Bei einer Aktivierung des
in der vorliegenden Erfindung integrierten Radars wird das System
des Airbags deaktiviert, wenn sich ein Insasse innerhalb der Risikozone
vor der Airbag-Aufblaseinrichtung befindet.
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Die
Ansprüche
1, 9 und 13 sind alle gegenüber
der oben erwähnten
US-A-5,653,462 abgegrenzt.
-
Die
vorliegende Erfindung sorgt für
eine Reihe zugehöriger
Vorteile einschließlich
der folgenden:
- 1. Radarstrahlung kann viele
Materialien durchdringen. Die Eindringtiefe hängt von dem Material und der
Frequenz des Radars ab.
- 2. Das Radar kann eine Zeitung erfassen, es kann jedoch auch
Objekte hinter der Zeitung erfassen. Das Radar erfasst keine Objekte
hinter dem Körper
einer Person, da die Radiofrequenzenergie vom Körpergewebe der Person absorbiert
wird. Somit kann das Radar dazu eingesetzt werden, zu bestimmen,
ob das Objekt in der Airbag-Risikozone ein Objekt wie z.B. eine
Zeitung ist, indem einfach nach dem Insassen hinter der Zeitung
gesucht wird.
- 3. Das Radar hängt
von der Lichtgeschwindigkeit ab, die in Abhängigkeit von Automobilumgebungen
nicht signifikant variiert.
- 4. Das Radar ist ausreichend schnell, um die Steuerung eines
Sicherheitsrückhaltesystems
zu ermöglichen,
da der zugehörige
Entfernungsmessprozess mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt und die Entfernungsdaten
bei relativ hohen Frequenzen aufgenommen werden können.
- 5. In einem Radar sind keine sich bewegenden Teile vorhanden.
- 6. Der in dem Radar eingesetzte Mechanismus ist für mechanische
Ausrichtungen nicht empfindlich, wie dies optische Entfernungsmesssysteme
sind, die auf der Basis der mechanischen Position zugehöriger Bildgebungsoptiken
kalibriert sind.
- 7. Das Radar kann hinter den Innenauskleidungsteilen verborgen
werden, da es durch dünne Kunststoffschichten
senden kann.
- 8. In einer Ausführungsform
bleibt das Radar aufgrund der Tatsache, dass die Aktivierung des
Radars gemäß einem
Kommunikationspfad zwischen dem Radarmodul und der Frontalaufprallerfassungseinheit
in Reaktion auf den Unfall erfolgt, inaktiv, bis ein Unfall tatsächlich beginnt.
Demgemäss
sollte keine Bedrohung durch reale oder lediglich wahrgenommene
biologische Auswirkungen aufgrund des Radars existieren, da es nicht betrieben
wird, bis ein Unfall tatsächlich
beginnt. Wenn es betrieben wird, liegt die Leistungsdichte der RF-Energie
deutlich unterhalb konservativer Industrie- oder behördlicher
Leistungsdichtegrenzen. Die Fahrzeugbeschleunigungsinformation kann
darüber
hinaus von dem Radarmodul erhalten werden, indem ein an Bord des
Fahrzeugs vorhandenes Beschleunigungsmessgerät eingesetzt wird, diese Information
wird jedoch vorzugsweise durch Hochgeschwindigkeitskommunikationen
zwischen dem Radar und dem Airbag-Steuerungsmodul weitergeleitet,
wobei das Airbag-Steuerungsmodul steuert, wann die Airbags entfaltet
werden und demgemäss
weiß,
wann die Insassenpositionsmessung von dem Radarmodul benötigt wird.
- 9. Die vorliegende Erfindung sorgt darüber hinaus für die Kombination
von Sensoren, um zu einer Beurteilung zu kommen, ob sich ein Insasse
in der Risikozone in der Nähe
des Aufblasmoduls befindet. Ein Bereichs-/Näherungssensor, bei dem Ultraschall-,
aktive IR-, passive IR-, kapazitive Erfassungstechnologien, Sicht-
oder induktive Erfassungstechnologien eingesetzt werden, wird dazu
verwendet, die Risikozone konstant zu überwachen. Wenn ein Objekt
in der Risikozone von dem Bereichs-/Näherungssensor erfasst wird, wird
das Radar angeschaltet, um die Art des Objekts, beispielsweise eine
Person oder eine eine Zeitung oder eine Karte haltende Person, zu
bestimmen.
- 10. Der Einsatz eines Radars gemeinsam mit kapazitiven oder
induktiven Erfassungstechnologien ermöglicht es dem System, unanfällig zwischen Zeitungen
und Insassen in der Risikozone zu unterscheiden.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
mit Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen und betrachtet im Lichte der beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer Insassenerfassungssystemlogik gemäß der ersten
Ausführungsform;
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3 zeigt
ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
-
4 zeigt
ein Blockdiagramm einer Insassenerfassungssystemlogik gemäß der zweiten
Ausführungsform;
-
5 zeigt ein Blockdiagramm der vorliegenden
Erfindung gemäß einer
dritten Ausführungsform;
-
6 zeigt
ein Blockdiagramm einer Insassenerfassungssystemlogik gemäß der dritten
Ausführungsform;
-
7 zeigt
die vorliegende Erfindung gemäß einer
ersten Anordnung der zugehörigen
Sensorelemente;
-
8 zeigt
die vorliegende Erfindung gemäß einer
zweiten Anordnung der zugehörigen
Sensorelemente;
-
9 zeigt
eine Elektrode eines Bereichs-/Näherungssensors
gemäß der in 8 dargestellten
Anordnung;
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10 zeigt
die vorliegende Erfindung gemäß einer
dritten Anordnung der zugehörigen
Sensorelemente.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen)
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Gemäß 1 umfasst
ein Insassenerfassungssystem 10 ein Radarmodul 12,
das einen Abstandsbereich zwischen 0 und ungefähr 1,5 Metern viele Male in
ungefähr
5 Millisekunden abtasten kann. Das Radarmodul 12 arbeitet
vorzugsweise bei einer Frequenz, die es ihm ermöglicht, eine Zeitung zu durchdringen,
während
immer noch eine geringe Durchschnittsleistung, beispielsweise zwischen
1 GHz und 100 GHz eingesetzt wird. Die niedrigen Frequenzen in diesem
Bereich sind zu bevorzugen, da sie durch dicke Zeitungen wirksamer
gesendet werden können
als die höheren
Frequenzen. Ein Algorithmus wird bereitgestellt, um aus der Radarabtastung
zu bestimmen, ob sich ein menschliches Körperteil in der Nähe des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 befindet.
Dies umfasst die Fähigkeit,
ein Objekt, wie z.B. eine Zeitung vom Körper des Insassen zu unterscheiden,
so dass der Airbag durch ein sich in der Risikozone befindendes
Objekt, wie z.B. eine Zeitung, nicht deaktiviert wird. Das Radarmodul 12 misst
den Abstand zu einem Insassen 15 durch eine beliebige einer
Anzahl bekannter Techniken einschließlich der Laufzeit, der Phasenverschiebung oder
der Frequenzverschiebung wie in einem linearfrequenzmodulierten
Dauerstrich(linear frequeny modulated continuous wave, LFMCW) Radar
unter Verwendung entweder gepulster elektromagnetischer Strahlung
oder elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung, wobei von dem Radarmodul 12 gesendete Wellen 18 von
einer reflektierenden Oberfläche
reflektiert und als reflektierte Wellen 20 zu dem Radarmodul
zurückgesendet
werden.
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Das
Insassenerfassungssystem 10 umfasst ferner einen Aktivierungssensor
zur Steuerung der Aktivierung des Radarmoduls 12 in Abhängigkeit
der Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug in einen Unfall verwickelt
ist oder dass ein Insasse so positioniert ist, dass das Risiko besteht,
dass er von einem sich entfaltenden Airbag verletzt wird.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine dedizierte Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindung
zwischen dem Radarmodul 12 und dem Airbagsteuerungsmodul 14 aufgebaut.
Bei der Erfassung einer hohen Beschleunigung nach vorne (typischerweise
ungefähr
1 g oder darüber)
erkennt das Airbagsteuerungsmodul 14 die Möglichkeit,
dass das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist und kommuniziert
dies dem Radarmodul 12. Wenn die Fahrzeugbeschleunigung
beispielsweise einen Schwellenwert überschreitet, wie er beispielsweise
von einem Aufprallsicherheitssensor erfasst werden kann, dann wird
das Radarmodul 12 aktiviert. Die Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindung
kann entweder eine direkte Verbindung, beispielsweise unter Verwendung
eines Drahtkabels oder eines faseroptischen Kabels, oder eine kabellose
Verbindung, beispielsweise unter Verwendung von Radiofrequenz- oder
elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines optischen Strahls
sein. Sobald das Radarmodul 12 die Bestimmung der Insassenposition
durchführt
und das Radarmodul 12 identifiziert, dass der Insasse 15 so
positioniert ist, dass er sich nicht in der Gefahr befindet, von
dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 verletzt
zu werden, kommuniziert das Radarmodul 12 ein Aktivierungssignal
an das Airbagsteuerungsmodul 14. Die Kommunikationen müssen immun
gegen elektromagnetische Störungen
und schnell genug sein, um Zustandsveränderungen in deutlich unter
einer Millisekunde zu ermöglichen.
Das Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul wird deaktiviert, entweder wenn
das Radarmodul 12 den Fahrzeugsitz 17 als das
nächstliegende
Objekt erfasst – und
deshalb davon ausgeht, dass der Sitz leer ist – oder wenn das Radarmodul 12 einen
Insassen 15 innerhalb der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 erfasst.
Es existieren viele mögliche
Kommunikationsschemata.
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Das
Insassenerfassungssystem 10 kann ferner einen Bereichs-/Näherungssensor 22 umfassen, der
bestimmt, ob sich der Insasse innerhalb einer vorbestimmten Risikozone
in der Nähe
des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 befindet. Der Bereichs-/Näherungssensor 22 setzt
kapazitive, Ultraschall-, optische (einschließlich aktive oder passive infrarot-
oder sichtbasierte Systeme), induktive oder Radartechnologien ein.
Vorzugsweise ist der Bereichs-/Näherungssensor 22 dazu
eingerichtet, Menschen oder lebende Objekte von nicht-lebenden Objekten
zu unterscheiden, wie es beispielsweise in vielen Fällen mit
kapazitiven oder passiven Infrarotsensoren möglich ist.
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Das
Radarmodul 12 ist derart in dem Fahrzeug angebracht, dass
es Objekte vor dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 erfassen
kann und den Insassen oder andere Oberflächen in einem beträchtlichen
Abstand über
den Risikozonenbereich vor dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 hinaus erfassen
kann. Der Bereichs-/Näherungssensor 22 ist
darüber
hinaus derart angebracht, dass er Objekte vor dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 erfassen
kann. Ein Objekt in dem Risikozonenbereich vor dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 würde sowohl
von dem Radarmodul 12 als auch von dem Bereichs-/Näherungssensor 22 erfasst
werden.
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Im
aktivierten Zustand erfasst das Radarmodul 12 den Bereich
vor dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16.
Eine schnelle Zweiwegekommunikationsverbindung ist zwischen dem
Radarmodul 12 und dem Airbagsteuerungsmodul 14 vorhanden.
Das Airbagsteuerungsmodul 14 umfasst eine an Bord angeordnete
Beschleunigungsmesseinrichtung, um zu bestimmen, wenn das Fahrzeug
in einen Unfall verwickelt ist, und kommuniziert das Auftreten eines
Unfalls unter Verwendung der Zweiwegekommunikationsverbindung dem
Radarmodul 12.
-
Das
Airbagsteuerungsmodul 14 erfasst die Beschleunigung des
Fahrzeugs nach vorne. Sogar bei den mit höchster Geschwindigkeit ablaufenden Frontalaufprallen,
die den Airbag erfordern, ist immer eine Zeitspanne zwischen dem "ersten Hinweis auf einen
Unfall" von der
Steuerungsmodulbeschleunigungsmesseinrichtung und der erforderlichen "Zündzeit" des Airbags vorhanden. Der erste Hinweis
auf einen Unfall liegt dann vor, wenn die Beschleunigungsmesseinrichtung
ein Beschleunigungsniveau erfasst, das während einer Fahrt ohne Unfall
nicht auftritt, möglicherweise
1 bis 3 g. Diese Zeitspanne wird von dem Steuerungsmodulalgorithmus
genutzt, um zu bestimmen, ob der Unfall ernsthaft genug ist, um
einen Airbag zu erfordern und wird im Folgenden als das "minimale Voraufprallintervall" bezeichnet. Die
minimale Verzögerung
("Zündzeit") hängt von
der Konstruktion des Fahrzeugs und des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 ab
und ist üblicherweise
länger
als ungefähr
8 Millisekunden. Während
des minimalen Voraufprallintervalls kann das Radarmodul 12 aktiviert
werden und eine Bestimmung durchführen, ob sich der Insasse innerhalb
der Risikozone des Airbagmoduls befindet.
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Gemäß 2 ist
die zugehörige
Systemlogik (100) wie folgt:
- a. Wenn
in einem Schritt (104) nach einem Schritt (102)
kein Hinweis auf einen Unfall von dem Airbagsteuerungsmodul 14 bereitgestellt
wird, dann bleibt das Radarmodul 12 inaktiv.
- b. Wenn im Schritt (104) ein Hinweis auf einen Unfall
bereitgestellt wird, dann kommuniziert das das Airbagsteuerungsmodul 14 dies
in einem Schritt (106) dem Radarmodul 12, wodurch
bewirkt wird, dass das Radar aktiviert wird, um in einem Schritt (108)
zu bestimmen, ob sich ein Insasse in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 befindet,
und diese Information dem Airbagsteuerungsmodul 14 innerhalb
des minimalen Voraufprallintervalls zu kommunizieren.
i) Wenn
sich in einem Schritt (110) ein Insasse in der Risikozone
befindet, dann kommuniziert das Radarmodul 12 dies dem
Airbagsteuerungsmodul 14, wodurch bewirkt wird, dass das
Airbagsteuerungsmodul 14 in einem Schritt (112)
deaktiviert wird.
ii) Wenn sich im Schritt (110) kein
Insasse in der Risikozone befindet, kommuniziert das Radarmodul 12 dies
dem Airbagsteuerungsmodul 14, um das Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (114) zu aktivieren, und setzt in einem Schritt (116)
die Suche nach einem Insassen in der Risikozone für eine verlängerte Zeitspanne,
möglicherweise
einige Sekunden, fort. Falls das Radarmodul 12 während dieser
verlängerten Überwachungszeitspanne
einen Insassen in der Risikozone erfasst, wird diese Information
dem Airbagsteuerungsmodul 14 kommuniziert, wodurch bewirkt
wird, dass das Airbagsteuerungsmodul 14 im Schritt (112)
deaktiviert wird. Ansonsten wird das Radarmodul 12 nach
der verlängerten
Zeitspanne in einem Schritt (118) deaktiviert.
- c. Wenn das Aufprallerfassungssystem in dem Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (122) nach dem Schritt (102) einen
Unfall erfasst, für den
eine Airbag-Aufblaseinrichtung erforderlich ist, und wenn das Airbagsteuerungsmodul 14 in einem
Schritt (124) aktiviert wird, dann wird das Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (126) möglicherweise
in Reaktion (128) auf die Entfernungsmessung von dem Radarmodul 12 aktiviert.
-
Gemäß 3,
die eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, erfasst das Radarmodul 12 im
aktivierten Zustand einen Bereich in der Nähe des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 12 mit
einem Bereichs-/Näherungssensor 22,
wie oben beschrieben wurde.
-
Die
zwei Sensoren werden gemeinsam dazu eingesetzt, genau zu bestimmen,
ob sich ein Insasse in der Risikozone der Airbag-Aufblaseinrichtung
befindet. Das Radarmodul 12 bleibt inaktiv, bis ein Objekt
von dem Bereichs-/Näherungssensor 22 erfasst wird,
woraufhin das Radarmodul 12 aktiv wird und bestimmt, ob
das Objekt in der Risikozone Teil eines Insassen ist.
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Gemäß 4 ist
die zugehörige
Systemlogik (200) wie folgt:
- a. Wenn
der Bereichs-/Näherungssensor 22 in
einem Schritt (204) nach einem Schritt (202) kein Objekt
in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 erfasst,
dann bleibt das Radarmodul 12 inaktiv.
- b. Wenn der Bereichs-/Näherungssensor 22 im Schritt
(204) ein Objekt in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 erfasst,
dann wird das Radarmodul 12 in einem Schritt (206)
aktiviert, um in einem Schritt (208) zu bestimmen, ob sich
ein Insasse in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 befindet.
i)
Wenn sich in einem Schritt (210) ein Insasse in der Risikozone
befindet, dann kommuniziert das Radarmodul 12 dies dem
Airbagsteuerungsmodul 14, wodurch bewirkt wird, dass das
Airbagsteuerungsmodul 14 in einem Schritt (212)
deaktiviert wird.
ii) Wenn sich im Schritt (210) kein
Insasse in der Risikozone befindet, kommuniziert das Radarmodul 12 dies
dem Airbagsteuerungsmodul 14 in einem Schritt (214)
und setzt in einem Schritt (216) die Suche nach einem Insassen
in der Risikozone für
eine verlängerte
Zeitspanne, möglicherweise einige
Sekunden, fort. Wenn das Radarmodul 12 während dieser
verlängerten Überwachungszeitspanne
einen Insassen in der Risikozone erfasst, wird diese Information
dem Airbagsteuerungsmodul 14 kommuniziert, wodurch bewirkt
wird, dass das Airbagsteuerungsmodul 14 im Schritt (212) deaktiviert
wird. Ansonsten wird das Radarmodul 12 nach der verlängerten
Zeitspanne in einem Schritt (218) deaktiviert.
- c. Wenn das Aufprallerfassungssystem in dem Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (222) nach einem Schritt (220) einen
Unfall erfasst, für den
eine Airbag-Aufblaseinrichtung benötigt wird, und wenn das Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (224) aktiviert wird, dann wird das Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (226) möglicherweise
in Reaktion (228) auf die Entfernungssmessung von dem Radarmodul 12 aktiviert.
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Gemäß einer
weiteren Anordnung des Aktivierungssensors kann das Radarmodul 12 eine
Beschleunigungsmesseinrichtung umfassen, die die Möglichkeit
einer Airbagentfaltung erfasst, jedoch ist diese Anordnung aufgrund
einer möglichen
Zeitverzögerung
zwischen den hohen Beschleunigungen, die an dem Airbagsteuerungsmodul 14 erfasst
werden, und denjenigen an dem Radarmodul 12 weniger vorteilhaft.
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Gemäß 5, die eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, die im Wesentlichen eine Kombination
der ersten zwei Ausführungsformen
ist, ist das Radarmodul 12 inaktiv, bis das Airbagsteuerungsmodul 14 einen
Hinweis auf einen Unfall erfasst oder der Bereichs-/Näherungssensor 22 ein
Objekt in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 erfasst.
Im aktivierten Zustand erfasst das Radarmodul 12 den Bereich
in der Nähe
des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16.
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Die
zwei Sensoren werden gemeinsam dazu eingesetzt, genau zu bestimmen,
ob sich ein Insasse in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 befindet.
Wenn ein Objekt von dem Bereichs-/Näherungssensor 22 erfasst
wird, wird das Radarmodul 12 aktiviert und bestimmt, ob
das Objekt in der Risikozone Teil eines Insassen ist.
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Eine
schnelle Zweiwegekommunikationsverbindung ist zwischen dem Radarmodul 12 und
dem Airbagsteuerungsmodul 14 vorhanden. Das Airbagsteuerungsmodul 14 umfasst
eine an Bord angeordnete Beschleunigungseinrichtung, um zu bestimmen, wenn
das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist, und kommuniziert das
Auftreten eines Unfalls unter Verwendung der Zweiwegekommunikationsverbindung dem
Radarmodul 12.
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Gemäß 6 ist
die zugehörige
Systemlogik (300) wie folgt:
- a. Wenn
der Bereichs-/Näherungssensor 22 in
einem Schritt (303) nach einem Schritt (301) kein Objekt
in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 erfasst
und wenn in einem Schritt (304) nach einem Schritt (302)
kein Hinweis auf einen Unfall von dem Airbagsteuerungsmodul 14 erfolgt,
dann bleibt das Radarmodul 12 inaktiv.
- b. Wenn der Bereichs-/Näherungssensor 22 im Schritt
(303) ein Objekt in der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 erfasst
oder wenn im Schritt (304) eine Wahrscheinlichkeit für einen
Unfall besteht, dann wird das Radarmodul 12 in einem Schritt
(306) aktiviert, um zu bestimmen, ob sich ein Insasse in
der Risikozone des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 befindet.
i)
Wenn sich ein Insasse in einem Schritt (310) nach einem
Schritt (308) in der Risikozone befindet, dann kommuniziert
das Radarmodul 12 dies dem Airbagsteuerungsmodul 14,
wodurch bewirkt wird, dass das Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (312) deaktiviert wird.
ii) Wenn sich
im Schritt (310) kein Insasse in der Risikozone befindet,
kommuniziert das Radarmodul 12 dies dem Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (314) und setzt in einem Schritt (316) die
Suche nach einem Insassen in der Risikozone für eine verlängerte Zeitspanne, möglicherweise einige
Sekunden, fort. Wenn das Radarmodul 12 während dieser
verlängerten Überwachungszeitspanne
einen Insassen in der Risikozone erfasst, wird diese Information
dem Airbagsteuerungsmodul 14 kommuniziert, wodurch bewirkt
wird, dass das Airbagsteuerungsmodul 14 im Schritt (312) deaktiviert
wird. Ansonsten wird das Radarmodul 12 nach der verlängerten
Zeitspanne in einem Schritt (318) deaktiviert.
- d. Wenn das Aufprallerfassungssystem in dem Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (322) nach dem Schritt (302) einen
Unfall erfasst, für den
eine Airbag-Aufblaseinrichtung erforderlich ist, und wenn das Airbagsteuerungsmodul 14 in einem
Schritt (324) aktiviert wird, dann wird das Airbagsteuerungsmodul 14 in
einem Schritt (326) möglicherweise
in Reaktion (328) auf die Entfernungsmessung von dem Radarmodul 14 aktiviert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Algorithmus bereitgestellt, der aus den Radarabtastungen
bestimmt, ob das Objekt in der Nähe
der Airbag-Aufblaseinrichtung ein großes dichtes Objekt, wie z.B.
der Kopf oder der Torso einer Person oder ein Objekt mit einer geringen
Dichte, wie z.B. eine Zeitung ist. Bei einem ganz einfachen Algorithmus wird
die Tatsache genutzt, dass Radar Zeitungen durchdringen kann. Obwohl
das Radar von der Zeitung reflektiert wird, wird ein Teil des Signals
auch durch die Zeitung übertragen.
Der übertragene
Teil des Signals wird dann von dem nächsten Ziel reflektiert und
das Radar wird zwei Objekte erkennen. Wenn das Objekt in der Risikozone
eine Person ist, durchdringt das Radarsignal den Körper der
Person nicht, was dazu führt,
dass nur ein einziges Ziel erfasst wird.
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Wenn
das Radar nur ein einziges Ziel in der Risikozone erfasst, dann
ist das Ziel demgemäss groß genug,
um die RF-Energie des Radars zu absorbieren und es wird davon ausgegangen,
dass das Ziel der Kopf oder der Torso einer Person ist. Wenn das
Radar mehrere Objekte erfasst, wobei sich zumindest eines hinter
der Risikozone befindet, dann ist das Objekt in der Risikozone kein
Kopf oder Torso und es wird angenommen, dass sich der Kopf oder der
Torso des Insassen außerhalb
der Risikozone befinden.
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Gemäß der zweiten
und dritten Ausführungsformen
wird der Bereichs-/Näherungssensor 22 dazu eingesetzt,
das Radarmodul 12 anzusteuern, wenn ein Objekt in der Risikozone
erfasst wird. Damit dies wirksam erfolgt, muss der Bereichs-/Näherungssensor 22 ausreichend
schnell sein, so dass die Verzögerung
zwischen der Zeit, zu der das Objekt in die Risikozone eindringt,
und der Zeit, zu der das Radarmodul 12 aktiviert wird,
ausreichend klein (vorzugsweise weniger als 2 Millisekunden) ist.
Aktive IR-Sensoren, bei denen die Position eines abgebildeten Lichtpunkts
eingesetzt wird, können
ausreichend schnell sein, da die tatsächliche Position des Punkts in
einigen Nanosekunden wirksam aktualisiert wird. Kapazitive Sensoren
können
ebenfalls ausreichend schnell sein.
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Ultraschallsensoren
haben eine inhärente Verzögerung,
da die Schallgeschwindigkeit ungefähr 33,02 cm (13 Inches) pro
Millisekunden beträgt. Wenn
der zu messende Abstand lediglich bis ungefähr 20,32 cm (8 Inches) beträgt, stellt
dies keine unnutzbare Verzögerung
dar. Wenn jedoch der Ultraschallsensor auf die Reflexion des Pulses
von dem weitesten möglichen
Abstand warten muss, kann die Verzögerung über 10 Millisekunden werden.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten,
diese Verzögerung
zu minimieren.
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Ein
Verfahren ist der Einsatz von zwei Ultraschallwandlern. Ein Wandler
sendet den Ultraschallstrahl aus, der kontinuierlich Frequenzen überstreicht,
beispielsweise ein Chirp-Signal. Der zweite Wandler hört einfach
den reflektierten Strahl ab. Jeder Abstand hat eine bekannte Frequenzverschiebung
zwischen der "gegenwärtig" ausgesendeten Frequenz
und der "gegenwärtig" empfangenen Frequenz.
Dieses Frequenzmodulationskonzept wird in Radarsystemen eingesetzt.
Ein weiteres Verfahren besteht in der Aussendung eines Pulses von
einem einzigen Wandler, sobald der vorhergehende Puls empfangen
wird.
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Ein
kapazitiver Sensor hat verschiedene Vorteile als Bereichs-/Näherungssensor 22.
Die Vorteile umfassen:
- 1. Ähnlich wie das Radar kann auch
der kapazitive Sensor durch den Kunststoff auf der Oberfläche des
Armaturenbretts vor dem Insassen verborgen werden.
- 2. Der kapazitive Sensor ist relativ immun dagegen, zeitungsartige
Objekte oder Objekte zu erfassen, die schlecht geerdet sind. Diese
Eigenschaft ist hilfreich, wenn sich ein Kondensations- oder ein
anderer isolierter Radarreflektor innerhalb der Risikozone befindet.
- 3. Der Mangel des kapazitiven Sensors, hochgenaue absolute Entfernungssmessungen
durchzuführen
und seine Unempfindlichkeit für
Zeitungen ergänzen
die Fähigkeit
des Radars, eine Entfernung zu messen und eine Zeitung zu erfassen.
- 4. Ein Problem eines kapazitiven Sensors besteht darin, dass
kleine Änderungen
in der Regelabweichung des Sensors groß genug sein können, um unbeabsichtigterweise
anzuzeigen, dass sich ein Insasse an der äußeren Hüllkurve des Bereichs des kapazitiven
Sensors befindet. Wenn das Radar aufgrund dieser Regelabweichungsverschiebung
aktiviert wird, kann das Radar bestimmen, ob sich ein Objekt in
der Risikozone befindet. Wenn sich kein Objekt in der Risikozone
befindet, kann der Schwellenwert des kapazitiven Sensors auf ein
neues "kein Ziel"-Niveau eingestellt
werden.
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Das
Radarmodul 12 und der Bereichs-/Näherungssensor 22 können gemäß der verschiedenen hier
beschriebenen Ausführungsformen
an verschiedenen Positionen angeordnet sein. In einer Position sind
die Sensoren auf oder so nahe wie möglich bei der Klappe des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls angebracht.
Die Sensoren erfassen in der Richtung der Airbagentfaltung, da dies
der gefährlichste
Bereich ist. Die Sensoren können
auch seitlich des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 angeordnet
sein und derart, dass sie über
den Bereich vor der Airbag-Aufblaseinrichtung erfassen. Die Sensorstrahlen können darüber hinaus
so angeordnet sein, dass sie sich vor der Airbag-Aufblaseinrichtung
parallel zur Fläche
der Airbag-Aufblaseinrichtungsklappe
kreuzen.
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Gemäß 7 ist
das Radarmodul 12 unterhalb des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 angeordnet
und überwacht
den Insassen 15 durch die Armaturenbrettverkleidung. Der
Bereichs-/Näherungssensor 22 umfasst
einen kapazitiven Sensor mit einer kapazitiven Erfassungselektrode 24,
die in die Klappe 26 des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16 integriert
ist.
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Gemäß den 8 und 9 befindet
sich das Radarmodul 12 an einer von dem Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 getrennten
Position und überwacht
den Insassen 15 durch eine Öffnung 28 in einer
in das Armaturenbrett integrierten kapazitiven Erfassungselektrode 24.
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Gemäß der 10 ist
das Radarmodul 12 in das Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 integriert und überwacht
den Insassen 15 durch den Airbag 30 des Airbag-Aufblaseinrichtungsmoduls 16.
Das Airbag-Aufblaseinrichtungsmodul 16 umfasst eine Gaserzeugungsvorrichtung 32 zur
Entfaltung des Airbags 30.
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Für den Durchschnittsfachmann
wird ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung außer mit
Airbag-Aufblaseinrichtungen mit anderen Arten von Sicherheitsrückhaltesystemen
eingesetzt werden kann, die einer steuerbaren Betätigung zugänglich sind.
Darüber
hinaus kann das zugehörige
Radarmodul 12 überall
angeordnet sein, von wo aus die Position eines Insassen erfasst
werden kann, um zu bestimmen, ob für den Insassen das Risiko besteht,
von dem Sicherheitsrückhaltesystem
verletzt zu werden. Darüber
hinaus kann der Bereichs-/Näherungssensor 22 jede
Art eines Nicht-Radarsensors umfassen, der die Nähe eines Insassen zur Risikozone
des Sicherheitsrückhaltesystems
erfasst.
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Gemäß der ersten
und dritten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der Aktivierungssensor zur Aktivierung
des Radarmoduls 12 jede Art von Sensor umfassen, der einen
Unfall vorhersieht, einschließlich
beispielsweise eines Aufprallbeschleunigungssensors, wie er oben
beschrieben wurde, eines Kollisionsvorhersagesensors, beispielsweise
unter Verwendung von Mikrowellen-, optischen und Ultraschallradarsensoren
unmittelbar außerhalb des
Fahrzeugs, oder eines Bremssensors. Der Aktivierungssensor kann
für falsche
Aktivierungen empfänglich
sein – wie
dies bei einem Bremssensor der Fall wäre – ohne negative Konsequenzen
zu verursachen.
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Darüber hinaus
können
das Radarmodul 12 und der Aktivierungssensor so ausgebildet
sein, dass das Radarmodul 12 immer aktiv ist, aber bei
einem Arbeitszyklus oder einer Abtastrate, die auf den Aktivierungssensor
reagiert. Demgemäss
kann das Radarmodul 12 beispielsweise für ein Intervall angeschaltet
werden, das eine ausreichende Länge
hat, beispielsweise 2 msek, um eine Entfernungsmessung durchzuführen, und
dann für
eine Zeitspanne ausgeschaltet bleiben, die davon abhängt, ob
der Aktivierungssensor aktiviert ist. Wenn der Aktivierungssensor
beispielsweise nicht aktiviert wäre,
dann wäre die
Einsatzzeit des Radarmoduls 200 msek, wohingegen das Radarmodul 12 kontinuierlich
betrieben werden würde,
wenn der Aktivierungssensor aktiviert wäre. Demgemäss stellt das Radarmodul 12 eine kontinuierliche
Messung der Insassenposition bereit, wobei deren wirksame Abtastgeschwindigkeit
erhöht wird,
wenn ein Unfall vorhergesehen wird. Dies sorgt dafür, dass
Insassen der Mikrowellenenergie weniger ausgesetzt sind, als dies
der Fall wäre,
wenn das Radarmodul 12 kontinuierlich bei dem maximalen
Arbeitszyklus aktiviert wäre.
-
Obwohl
spezifische Ausführungsformen
detailliert in der obigen detaillierten Beschreibung beschrieben
und in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt wurden, versteht es sich für den Durchschnittsfachmann,
dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details
im Lichte der gesamten Lehre der Offenbarung entwickelt werden können. Demgemäss sollen
die offenbarten speziellen Anordnungen lediglich illustrativen Zwecken
dienen und den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken, wie
er durch die volle Breite der beigefügten Ansprüche und jegliche und alle Äquivalente
davon angegeben ist.