CN1105309C - 监测局部空间的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种监测局部空间特别是为了确定在汽车中的占位情况并启动和/或接通附加装置的方法提出了带有发射机和接收机的探测器(5)向所述局部空间(12)发射超声波的构想。接收机发出的应答信号被送入数据处理装置中并进行计算分析。可根据分析结果启动和/或接通附加装置。用于探测局部空间(12)的探测器采用了若干个发射机(6)和接收机(7)。根据传送时间差、间距和/或由振幅决定的信号形状并参照处于局部空间(12)内的目标轮廓对应答信号进行计算分析。

Description

监测局部空间的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种监测局部空间特别是为了确定在汽车中的占位情况并由此推断地启动和/或接通附加装置的方法和一种实施该方法的装置。
背景技术
DE3802159A1公开了一种开通或断开至少一个归于可调车座如人体保持系统的一个或多个人体保持元件、座椅供热装置等的汽车附加装置启动的开关装置。在车座未被占据的情况下，附加装置的启动可能被断开。为此要探测出车座相对汽车的位置以及座椅部位相互之间的位置。一种带有发射机和接收机的超声波探测器探测到各座位的距离。通过脉冲回应-传送时间法实现所述距离测量。不利的是，已知的开关装置不能识别车座上的目标如人和带婴儿的婴儿座椅。单纯的距离测量对数据处理来说也过于粗略并且这种测量取决于车座距离或车座位置的预测。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和一种装置，它们可以更简单且更详细地探测局部空间特别是车座局部空间。另外，应答信号的数据处理装置在人体轮廓方面也带来了更高的分辨率。
为实现上述目的，本发明提供一种监测局部空间特别是为了确定在汽车中的占位情况并可由此推断地启动和/或接通保持系统的方法，其中一个带有发射机和接收机的探测器向所述局部空间发出超声波，反射信号被传给一个数据处理装置并接受计算分析，在这里根据分析结果启动和/或接通保持系统，其特征在于，用于局部空间的探测器采用了许多发射机和接收机，在局部空间中形成一个声波场，发射机在多个周期中成脉冲状地发出波群式超声波，就传送时间差、距离和由振幅决定的信号形状对所形成的超声波场的应答信号进行检测并在数据处理装置中就在局部空间中的目标轮廓而对应答信号进行分析。
本发明还提供一种监测局部空间特别是为了确定在汽车中的占位情况以启动和/或接通保持系统的装置，它具有一个带发射机和接收机的超声波探测器和一个与待启动和/或待接通的保持系统相连的应答信号数据处理装置，其特征在于，为了探测待测局部空间，探测器配有许多发射机和接收机，发射机在多个周期中成脉冲状地发出波群式超声波，数据处理装置针对用于距离测量的传送时间和/或由振幅决定的信号形状检测探测器信号并针对在局部空间内的目标轮廓而对所述信号进行分析。
在采用带有许多发射机和接收机的超声波探测器如超声波探测器阵列或多元探测器的情况下实现局部空间的监测，因此可以更简单地推断出局部空间内的目标的形状或轮廓并例如确定一个人或一个带婴儿的婴儿座椅是否在一个座位上。
也可以在内压力方面影响附加装置如气袋的启动或接通。例如当带婴儿座椅的婴儿位于驾驶员侧座上时，还可以根据装入方向降低所属气袋的内压力或完全切断所属气袋。在这里，也可以根据发生事故时运动数据以及预计的物体反弹惯性(Aufprallwucht)设定气袋内压力的升高速率(充气速率)。
此外，由于一个探测器的多个独立发射机根据本发明同时或间隔地发射超声波，所以在待测局部空间内形成一个或多个声波场，所述声波场牢记下了由内空间形状和在内空间中的所有目标利用干涉和渡越时间效应(Laufzeiteffekt)构成的形状。
所述形状是通过利用探测器中的接收机记录应答信号或所形成的超声波场并利用一个信号振幅-时间曲线的数据处理装置通过分析而测得的。因此，可以确定待测目标的形状和甚至可以近似地确定其重量。
探测器(也可以将许多发射机整体地标为一个探测器单元)可以在不同方向上同时或延时地发出一个或多个超声波场。
还可以想到形成一个动态声波场。例如，可以通过可垂直和/或水平摆动地安置的发射机或通过对每个配合作用的发射机或探测器阵列或多元探测器进行特殊控制(电控)而获得动态声波场。如此形成的声波场可以有利地通过相位正确地控制工作元件(探测器阵列)而与占用位置的空间情况和算法的要求动态匹配。
例如可以采用商业上惯用的、波束从50度或60度角起的(声压降低到6dB)40kHz弯曲振动机构。但是，最佳设备的频率范围为60kHz-80kHz且其波束张角约为70度-80度(声压降低到6dB)。
在本发明的一个优选实施方式中，通过探测器单元的发射机同时发射或通过特殊地设计发射机结构而获得了椭圆形声波场特性曲线，例如当一个待测局部空间的高度与宽度不同时，椭圆形超声波场对探测目标很有利。
可以在数据处理装置中对作为振幅-传送时间曲线而记录下的数字化的信号进行分析以便提取出特性曲线的形状和数据。可以对所记录的各个信号进行这种分析处理。
随后，属于规定时刻的所有这样获知的数据组可接受单独判定处理。在最简单的情况下，通过时间窗观测方式分析所记录的信号。如果在特定的时间窗内，振幅或振幅峰值高于某个阈值，则表明发生了一种情况如人坐在待测空间位置的驾驶员侧座上。这样的时间窗观测可以在接收信号的多个决定点位置上进行。
当然也可以想象出另一种识别方法。例如，接收信号的包络线可以通过修正法与存在存储器中的明确定义的情况(空座、座上有人、婴儿座椅反放在车座上等)的包络线进行比较，由此可同样得到在局部空间内的目标轮廓和近似的目标重量的结果。在这种情况下，连续或同时地形成和记录下超声波场，发射机或接收机对准局部空间各位置地(如人的头部、胸部、膝部)发射或接收超声波。
由此产生的结果可以如上所述的那样用于启动或控制附加装置。
如果单独判定不足够清楚，则还可以通过另一种细微判定方式如通过在不同数据组之间进行横向比较来压缩判定范围，直到只剩下一种判定结果为止。
在本发明的另一个实施方式中，在需要时系统(根据设计)能够根据规定的要求动态地改变物理测量过程。在这里，例如可以想到改变所采用或所记录的信号的数量、序列和多路传输(Multiplexing)编制。
一种由此产生的细微结果可作为输入数据如以变化的对时间的平均值(gleitenden zeitlichen Mittel)方式进行处理，借此通过计算确定系统输出值。
在特殊情况下，还可以想到忽略某种结果。可以有选择地通过不同安全措施如启动(接通)实现这种结果忽略，只有在共同地或交连地出现明确确定结果的情况下才能进行启动。例如可以想象，可能出现如由于通过开启车窗而突然改变气压并由此造成超声波传播变化而引起的最终错误结果。例如，这样的错误结果随后可以通过与在先或在后的结果进行比较而得到修正，或通过随后非结论性地综合考虑其它探测器如车座中的重量探测器、汽车中的减速探头等而忽略结果。例如，如果通过驾驶员侧座中的重量探测器表明一个目标(副驾驶员)占据了座位，则可忽略作为超声波探测器和数据处理装置的所谓的“不存在”的暂时错误结果，并且尽管如此，至少在最小压力下启动一个气袋。
在本发明的一个优选实施方式中，可以发出波群式如8-15周期或15周期以上的超声波信号。另外，信号形状可以是具有有利的高能量生产量的矩形振荡波、具有有利的最小干扰的正弦波、矩形和正弦混合波或其它信号类型。为了改善出现可听见的咔喳声，发射波群的包络线形状可以在宽范围内调节以便影响特殊的专业任务。
在本发明的一个优选实施方式中，发射波群脉冲状地重复，重复频率可以与功能即待测的目标和情况相匹配(超声波场其它的动态匹配)。例如可以想象出，为了观测一个人或婴儿座椅是否在待测座位上，可利用降低的重复频率进行工作。若与此相反地，例如要在事故中或发生事故前观测一个人快速变动的头部位置，则必须利用很高的重复频率即在连续波群之间的停顿较短时进行工作。
附图说明
以下将根据附图所示的实施例进一步描述本发明。在附图中：
图1是汽车的俯视示意图；
图2是在驾驶员座上有人情况下的局部侧视图；
图3是在驾驶员侧座上有婴儿座椅情况下的局部侧视图；
图4是用于表示有可能用于表示探测驾驶员座或驾驶员侧座的局部空间的探测方向的侧视示意图；
图5是叠置和并置的探测器的发射机和接收器；
图6是驾驶员侧座不同占用情况的接收信号的曲线图。
实施例说明
结合汽车1来描述本发明。
待测局部空间12最好是前座2的空间如驾驶员座3和/或驾驶员侧座4的空间。但必要时也同样可以用一个附加探测器来探测后排如后座的局部空间，此时，探测器最好正中地或侧向地安装在B柱区域内如车顶上。
需要确定的是，驾驶员座3和/或驾驶员侧座4是否被目标如人或带婴儿的婴儿座椅所占据。在这些车座3、4被占据的情况下，例如应该接通气袋。同样应该起用其它装置如安全带等。
对驾驶员座3或驾驶员侧座4的局部空间的探测和/或监控是通过探测器5实现的。探测器由许多发射机6和许多接收机7构成。发射机6最好以40kHz或大约80kHz发出超声波。最好以8-15周期或15以上的周期发出脉冲波群式超声波。脉冲束长度取决于振荡系统(在这里是超声波探测器)的品质因数Q。脉冲束周期数应约为0.7×Q以便进行最佳调制。在特殊应用场合中，上述周期数也可例如在20-30周期间变化。
可以采用商业上通用的、波束从50度或60度起的40kHz弯曲振动机构(声压降低有关到6dB)。但是，最佳设备的频率为60kHz-80kHz且波束张角约为70度-80度。
另一种改进是通过椭圆形声波场特性曲线获得的。如以下所述的那样，上述布局通过采用超声波探测器阵列或多元探测器而得以进一步完善。在利用这些探测器的情况下，所形成的超声波场可以通过相位正确地控制工作元件的方式与占位空间情况和算法的动态匹配。如果需要，也可以产生最窄的声波束。
根据不同车型，探测器5可以正中地设置在挡光罩(Licht-Dome)10区、车体A柱11区或车顶上。
如果要监测后座局部空间12，则将探测器5安置在汽车车体B柱上是合适的。
如图3所示，探测器5沿许多方向I、II、III…向局部空间12发出超声波。如果可以探测到一个坐在驾驶员侧座4上的人，则波束I或波场指向头，波束II指向臀部，波束III指向座椅前边。上述发射方向表示了采用三个独立探测器的情况。在采用具有动态超声波场形状的探测器阵列或阵列式探测器的情况下或在采用其它数目的超声波探测器的情况下，探测器定向可以适应于变化的条件。
显然，可以足够多地采用多个发射机6和接收机7以及超声波探测器阵列或多元探测器。
另外，探测器5可具有许多如图4所示那样成组的发射机6。发射机6彼此叠置及错开地设置。在其下成组的接收机7成列错开地设置。由此可以获得如水平发射机特性曲线和垂直接收机特性曲线。上述效果也可以通过采用具有椭圆形超声波场特性曲线的探测器如相控探测器阵列获得。由于有利地采用了许多定向发射的发射机6或定向接收的接收机7(所谓的传感器)，所以如下所述的那样，可以出现重叠区，因此在扫描目标轮廓时产生了较高的分辨率。
发射机6和/或接收机7可与一个未示出的数据处理装置相连。由发射机6发出的超声波的应答信号形成了一条以时间-振幅为坐标轴画出的曲线，此曲线在时间坐标轴上示出了各超声波脉冲传送时间的分析值以及由此可得出到反射面的测定距离。另外，振幅峰值形成了信号轮廓。根据前座2是否被一个人或带婴儿的婴儿座椅所占据而相应地产生信号，从所述信号可以推导出算出的反射面距离和/或位于此座位上的人的轮廓。根据信号分析结果，当在所属座位3、4上确定了有一个需要保护的人时，数据处理装置接通一个所属气袋；而当确定在驾驶员侧座上无人或有一个面向后的婴儿座椅时，不接通气袋。
还可以在发生了事故，探测到“目标(头)离位”情况(例如，这是由向前倾斜的副驾驶员造成的)时，则用较小的压力对气袋进行充气以避免处于更靠近仪表盘(气袋存放点)的位置的人受伤。
以下将详细描述所述装置的工作方式。
超声波信号可同时或时间错开地最好是定向地被探测器5的一个或多个组合成探测单元(在实施例中是三个，沿I、II、III方向)的发射机6或接收机7(所谓的传感器)发射或接收。通过所发出的超声波信号而在待测空间内形成超声波场，此超声波场记下了由内空间轮廓和所有位于内空间中的目标利用干涉和渡越时间效应构成的形状。
在一些点上记录下了声波场的声压时间过程，超声波探测器或接收机7或传感器就位于这些点(最好还被对准)。这可以在一个位置上或多个位置上同时或倍增地实现。如图6所示，超声波信号首先被标为振幅-传送时间曲线。随后，对数字化的信号进行分析以便提取出特性曲线的形状和数据。可以对各个记录下的信号进行这种分析。在此，在最简单的情况下，借助时间窗观察方式分析记录信号，在确定期间的时间窗(如1ms内)内观察待定时刻(如在2ms时刻)的信号曲线。在这种时间窗内，如果信号的振幅或振幅峰值高于一个预定阈值(或在包络线的时间窗内有最大值)，则认为发生了这样的事如“有人占据了位置II处的驾驶员侧座”
首先将在图4所示的局部空间位置(方向I、II、III)上进行这种分析，在这里总是连续地形成并记录下超声波场。但也可以在多个传感器组合(I；II，I；III，II；III，I；II；III)的情况下同时发射和/或在单个传感器(I、II、III)或多个组合(I；II，I；III，II；III，I；II；III)的情况下接收。在这种情况下也出现了信号图形，它们可通过数据分析或识别方法(S.O.)而归于确定情况。
另外，属于一个预定时刻的所有获得的数据组(方向I、II、III)接受单独判定处理。单独判定结果(方向I、II、III)是细微判定的基础。如果单独判定是明确的，则结果确定无疑。否则，通过横向比较(其它时间窗)不同数据组压缩判定范围，直到只剩下一种判定为止。系统根据要求(根据设计)也能够根据预定要求动态地改变物理测量过程(改变所接收的信号数量，序列和多路传输编制)。
细微结果被作为输入数据进行处理(在最简单情况下为变化的对于时间的平均值)，借此通过计算确定系统的输出值。
还可以想象出，尽管根据座椅位置、坐姿和所探知的目标轮廓等可接通气袋，但也可以改变气袋的内压力。
所述数据处理装置也可以接通或影响保持系统如安全带。还可以想象出，当保持系统被探知坐于座位上的人起用时，断开汽车闭锁装置。
一部分探测器5的发射机6或接收机7可用于这样的目的，即在采用电动车窗玻璃升降器的情况下防止夹住人体局部，这是因为探测器5的超声波束发射方向包括车窗玻璃区在内。
最后还可以将数据处理装置与防盗系统的警告装置连在一起。如果一个人在汽车关闭情况下在探测局部空间区域内活动的话，则数据处理装置将启动和释开警告装置。
还可以利用数据处理装置确定位于座位上的人的运动并据此控制气袋和/或保持装置。
可以用可摆动的发射机6如垂直和/或水平的发射机替代带固定式发射机6的探测器5，所述发射机在多个位置上扫描局部空间。

Claims (19)

1.一种监测局部空间特别是为了确定在汽车中的占位情况并可由此推断地启动和/或接通保持系统的方法，其中一个带有发射机和接收机的探测器(5)向所述局部空间发出超声波，反射信号被传给一个数据处理装置并接受计算分析，在这里根据分析结果启动和/或接通保持系统，其特征在于，用于局部空间(12)的探测器(5)采用了许多发射机(6)和接收机(7)，在局部空间(12)中形成一个声波场，发射机(6)在多个周期中成脉冲状地发出波群式超声波，就传送时间差、距离和由振幅决定的信号形状对所形成的超声波场的应答信号进行检测并在数据处理装置中就在局部空间(12)中的目标轮廓而对应答信号进行分析。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过探测器(5)形成一个动态声波场。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，动态声波场是通过可垂直和/或水平地摆动的发射机(6)形成的。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，动态声波场是通过探测器(5)的可相控发射机(6)形成的。
5.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，探测器(5)的一个或多个发射机(6)对准不同方向(I，II，III)地发射超声波。
6.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，呈脉冲状发射的波群的重复频率与在局部空间内的待测目标和/或其位置和/或一事件相对应。
7.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，发出的超声波是以矩形振荡方式产生的。
8.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，发出的超声波是以正弦振荡方式产生的。
9.一种监测局部空间特别是为了确定在汽车中的占位情况以启动和/或接通保持系统的装置，它具有一个带发射机(6)和接收机(7)的超声波探测器(5)和一个与待启动和/或待接通的保持系统相连的应答信号数据处理装置，其特征在于，为了探测待测局部空间(12)，探测器(5)配有许多发射机(6)和接收机(7)，发射机(6)在多个周期中成脉冲状地发出波群式超声波，数据处理装置针对用于距离测量的传送时间和/或由振幅决定的信号形状检测探测器信号并针对在局部空间(12)内的目标轮廓而对所述信号进行分析。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，探测器(5)配备了一个或多个可摆动的发射机(6)和一个或多个接收机(7)。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，探测器(5)配备了一个或多个可相控发射机(6)和一个或多个接收机(7)。
12.如权利要求9-11之一所述的装置，其特征在于，探测器(5)安装在挡光罩(10)区内、车内空间的A柱(11)区内或汽车(1)车顶的正中央。
13.如权利要求9-11之一所述的装置，其特征在于，设置探测器(5)的多个发射机(6)用于各前座(2)，它们指向座椅的不同部位。
14.如权利要求9-11之一所述的装置，其特征在于，设置一个附加探测器(5)的多个发射机(6)用于各后座，它们指向座椅的不同部位。
15.如权利要求9-11之一所述的装置，其特征在于，探测器(5)的多个发射机(6)和多个接收机(7)重叠地或并列地组装成组。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，探测器(5)具有垂直和/或水平成组的发射机(6)和接收机(7)。
17.如权利要求9或10或11或16之一所述的装置，其特征在于，设置探测器(5)的一个或多个发射机(6)和接收机(7)用于附加局部空间如车窗空间。
18.如权利要求9或10或11或16之一所述的装置，其特征在于，数据处理装置与用于探测座椅位置或座椅部位的相对布局的探测器相连。
19.如权利要求9或10或11或16之一所述的装置，其特征在于，数据处理装置还与一个防盗安全装置相连。
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