DE69810445T2

DE69810445T2 - Sitzbelegung-feststellungssystem

Info

Publication number: DE69810445T2
Application number: DE69810445T
Authority: DE
Inventors: Darrell Gagnon; Snorre Husby
Original assignee: Breed Automotive Technology Inc
Current assignee: Breed Automotive Technology Inc
Priority date: 1997-02-15
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: EP0960039B1; JP2001512573A; DE69810445D1; US5971432A; WO1998035861A1; EP0960039A4; EP0960039A1

Description

Viele Fahrzeuge werden mit Sicherheitsvorrichtungen, wie beispielsweise Airbags und Sicherheitsgurtvorspannern, ausgerüstet, um Personen zu schützen, die verschiedene Sitze im Fahrzeug belegen. Falls ein Sitz nicht belegt wird oder durch, eine Person einer bestimmten Größe belegt wird, mag es nicht notwendig sein, eine diesem Sitz zugeordnete Sicherheitsvorrichtung zu aktivieren. Darüber hinaus kann die Weise, in der eine Sicherheitsvorrichtung eingesetzt wird, entsprechend verändert werden, falls der Sitz durch eine Person einer bestimmten Größe belegt wird. Ein Indikator der Größe des Sitzinsassen ist das Gewicht des Insassen. Im Fall eines Kleinkinds ist das kombinierte Gewicht des Kleinkinds und eines Kleinkind-Sicherheitssitzes als ein Indikator der Insassengröße verwendbar.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht eines typischen Fahrzeugsitzes nach dem bekannten technischen Stand.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite eines Sitzkissens nach dem bekannten technischen Stand, verwendet mit dem in Fig. 1 gezeigten Sitz nach dem bekannten technischen Stand.
Fig. 3 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist ein vorderer Aufriß eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist ein seitlicher Aufriß des Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung von Fig. 4.
Fig. 6 ist eine Draufsicht des Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung von Fig. 4.
Fig. 7A ist eine perspektivische Ansicht der Oberseite eines Rahmens mit auf demselben angebrachten Sensoren.
Fig. 7B ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Rahmens mit auf demselben angebrachten Sensoren von Fig. 7A.
Fig. 8 ist ein seitlicher Querschnitt des Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung von Fig. 4, längs der Linie 8-8.
Fig. 9 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugsitzes vom Fahrzeugbanktyp, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines zwischen starren Bestandteilen eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, angeordneten Sensors.
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist ein seitlicher Querschnitt des Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung von Fig. 12.
Fig. 14 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines zwischen starren Bestandteilen der alternativen Fahrzeugsitzgestaltung von Fig. 12, die mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, angeordneten Sensors.
Fig. 15 ist ein seitlicher Querschnitt eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einem alternativen Ausführungsbeispiel einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines zwischen starren Bestandteilen eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, angeordneten Sensors.
Fig. 17 ist ein seitlicher Aufriß im Querschnitt des alternativen Sensors von Fig. 15.
Fig. 18 ist eine bildhafte Draufsicht eines beim Sensor von Fig. 17 eingesetzten Riesen- Magnetoresistenz- (Giant Magnetoresistive - GMR) Schaltkreises.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezug auf Fig. 1 bis 18 wird in Fig. 1 eine auseinandergezogene Ansicht eines typischen Fahrzeugsitzes nach dem bekannten technischen Stand gezeigt. Ein Fahrzeugsitz hat ein Sitzkissen 10 und eine Sitzlehne 12. Die Sitzlehne kann eine derselben zugeordnete Kopfstütze 13 haben. Die Sitzlehne kann schwenkbar am Rest des Sitzes befestigt sein. Das Sitzkissen 10 wird aus einem bequemen, stützenden, aber zusammendrückbaren Material, zum Beispiel Schaumgummi, hergestellt. Der Sitz hat ein starres Sitzstützelement 16, das manchmal als der Sitzrahmen bezeichnet wird. Das starre Sitzstützelement kann einteilig sein, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei ein Querelement zwischen zwei Seitenschienen verläuft, oder die Seitenschienen können miteinander nur durch die Sitzlehne verbunden und dadurch zueinander parallel gehalten werden, daß der Sitzrahmen an Schenkeln befestigt wird, die zwischen dem Sitzrahmen und dem Boden des Fahrzeugs verlaufen.
Eine Sitzschale 18 trägt das Sitzkissen 10, das dadurch dafür geeignet ist, an derselben befestigt zu werden, daß es eine Unterseite 11 hat, die profiliert wird, wie in Fig. 2 gezeigt, um komplementär zur Sitzschale 18 zu sein. Die Sitzschale hat eine allgemein rechteckige Form, die an die Gestaltung eines bestimmten Sitzkissens und Sitzrahmens angepaßt werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Umfang der Sitzschale gebogen, um Umfangswände zu bilden, die einen denselben zugeordneten zweiten horizontalen Abschnitt haben können oder nicht. Eine stützende elastische Pufferstruktur 25, die Federn und Riemen oder andere geeignete Stützelemente umfaßt, verläuft über die Öffnung in der Sitzschale 18, um eine Stütze für das Sitzkissen 10 bereitzustellen.
Der Sitzrahmen 16 und die Sitzschale 18 werden in einer vertikal gegenüberliegenden Beziehung aneinander befestigt. In diesem Beispiel ist das Mittel zum Befestigen des starren Sitzstützelements und der Sitzschale 18 aneinander eine Vielzahl von Gewindebolzen 24. Die Gewindebolzen stehen nicht durch die oberste Fläche 26 der Sitzschale vor, sondern werden an der Sitzschale in Vertiefungen befestigt, die sich in der oberen Fläche der Sitzschale befinden, oder werden an einem unteren in Horizontalrichtung verlaufenden Abschnitt der Sitzschale befestigt. Die Polsterung 14 ist ein dünnes Material, das über dem Sitzkissen 10 liegt und an der Sitzschale 18 befestigt wird. Beispiele von dünnen Materialien, die als Polsterung verwendet werden, sind Gewebe, Vinyle und Leder.
Mit Bezug als Nächstes auf Fig. 3 bis 6 werden eine auseinandergezogene Ansicht, ein vorderer Aufriß, ein seitlicher Aufriß bzw. eine Draufsicht eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, gezeigt. Es versteht sich natürlich, daß die Gestaltung verschiedener struktureller Bestandteile eines Fahrzeugsitzes von einer Marke und einem Modell eines Fahrzeugs zu einem anderen variieren kann, wobei der gezeigte Fahrzeugsitz nur ein Beispiel eines Fahrzeugsitzes ist, der in der Praxis der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch Sitze im allgemeinen und kann nicht nur mit Fahrzeugsitzen angewendet werden, sondern mit jedem Sitz, bei dem gewünscht wird, festzustellen, ob der Sitz belegt ist oder nicht, und das Gewicht eines Sitzinsassen zu prüfen.
Wie beim bekannten technischen Stand hat der Fahrzeugsitz ein Sitzkissen 10 und eine Sitzlehne 12. Die Sitzlehne kann eine derselben zugeordnete Kopfstütze 13 haben. Die Sitzlehne kann schwenkbar am Rest des Sitzes befestigt sein, wie am besten in Fig. 5 zu sehen. Wie beim bekannten technischen Stand wird das Sitzkissen 10 aus einem bequemen, stützenden, aber zusammendrückbaren Material, zum Beispiel Schaumgummi, hergestellt. Der Sitzrahmen 16 ist wesentlich wie der oben mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Sitzrahmen nach dem bekannten technischen Stand.
Die Sitzschale 18, die das Sitzkissen 10 trägt, ist wesentlich wie die oben mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Sitzschale und wird unter Verwendung von Gewindebolzen 24 auf wesentlich die gleiche Weise wie oben beschrieben am Sitzrahmen 16 befestigt. Die Polsterung 14 ist, wie beim bekannten technischen Stand, ein dünnes Material, das über dem Sitzkissen 10 liegt und an der Sitzschale 18 befestigt, wird. Ein Vorzug des Sitzbelegungs-Feststellungssystems der vorliegenden Erfindung ist, daß dieses System in einen Fahrzeugsitz nach dem bekannten technischen Stand nachgerüstet werden kann.
Ein Sitzbelegungs-Feststellungssystem der vorliegenden Erfindung hat eine Sitzschale 18 mit einem starren Element 19, das sich vertikal über der Sitzschale in einer vertikal gegenüberliegenden Abstandsbeziehung mit der Sitzschale befindet. Mit Bezug als Nächstes auf Fig. 7A und TB werden perspektivische Ansichten der Oberseite bzw. der Unterseite eines Rahmens 19 mit daran angebrachten Sensoren 20 gezeigt. Bei dem in Fig. 7A und 7B illustrierten Ausführungsbeispiel ist das starre Element 19 ein Rahmen, der eine allgemein rechteckige Form hat, und ein Sensor 20 befindet sich in der Nähe jeder Ecke des Rahmens. Die stützende elastische Pufferstruktur 25, die Federn und Riemen oder andere geeignete Stützelemente umfaßt, die beim bekannten technischen Stand über die Öffnung in der Sitzschale 18 verläuft, um eine Stütze für das Sitzkissen 10 bereitzustellen, verläuft statt dessen über den Rahmen 19. Dieses Merkmal verhindert, daß die Federn die Sitzschale und den Rahmen berühren und daher potentiell Kräfte vom Rahmen zur Sitzschale übertragen.
Wie in Fig. 5, 6 und 8 gezeigt, liegt das starre Element 19 unter einem Abschnitt eines Sitzkissens 10 und kann aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, hergestellt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel schließt der Rahmen 19 eine Platte 50 ein, die angeordnet wird, um komplementär zum Untertauchschutz-Abschnitt 51 der Sitzschale 18 zu sein. Der Untertauchschutz- Abschnitt einer Sitzschale begrenzt die Tendenz eines angeschnallten Sitzinsassen, während einer schnellen Verzögerung des Fahrzeugs nach vom zu rutschen.
Wenigstens zwei Sensoren 20 werden derart zwischen dem starren Element 19 oder Rahmen und der Sitzschale 18 angeordnet, daß die gesamte vom starren Element auf die Sitzschale übertragene Kraft über die Sensoren übertragen wird. Die Sensoren fühlen die Größe der durch dieselben übertragenen Kraft ab und senden Signale an eine Vorrichtung (nicht gezeigt), welche die Signale verarbeitet, um das Gewicht zu bestimmen, das der Abschnitt des Sitzkissens trägt, unter dem das starre Element 19 liegt. Jeder Sensor 20 kann zum Beispiel ein Dehnungsmeßgerät, eine Kraftmeßdose oder ein Drucksensor mit veränderlichem Widerstand sein.
Ein funktionierender Prototyp eines Fahrzeugsitzes, ausgerüstet mit einer Belegungsfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, verwendete vier Sensoren, die Subminiatur-Nur-Kompression-Kraftmeßdosen Modell 14, erworben von der Sensotec, Inc. aus 1200 Chesapeake Avenue, Columbus, Ohio, USA, waren. Diese Sensoren hatten einen Bereich von entweder 45,4 Kilogramm oder 113,5 Kilogramm, und ein Sitz konnte mit Sensoren nur einer Größe oder einer Kombination von Größen ausgerüstet werden. Zum Beispiel konnten 113,5-kg-Sensoren zur Vorderseite des Sitzes hin verwendet werden, und 45,4-kg-Sensoren konnten zur Rückseite des Sitzes hin verwendet werden. Die Höhe dieser Sensoren beträgt 3,8 Millimeter. Wenn erforderlich, kann wenigstens einer der Sensoren von einem Sensortyp sein, während der/die andere(n) Sensor(en) von einem anderen Sensortyp sein kann/können.
Falls die Fläche des starren Elements 19, die einem Sensor 20 nahe ist, nicht wesentlich flach ist, ist es bei diesen im Handel erhältlichen Sensoren wünschenswert, eine Beilage irgend einer Art zwischen dem Sensor und dem starren Element anzubringen, um die Kräfteübertragung vom starren Element zum Sensor zu verbessern. Der Einbau des Sitzbelegungs-Feststellungssystems in den Sitz wird vorzugsweise dadurch erleichtert, daß die Sensoren an ihrem Platz auf dem starren Element (Rahmen) befestigt werden und danach die resultierende Baugruppe in einer vertikal gegenüberliegenden Beziehung mit der Sitzschale untergebracht wird, wobei die Sensoren auf der in Vertikalrichtung höchsten Fläche der Sitzschale 18 aufliegen.
Wie in Fig. 10 gezeigt, die eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines Sensors 20 auf der in Fig. 8 angezeigten Position ist, der sich zwischen dem starren Element 19 und der Sitzschale 18 befindet, hat jeder Sensor eine Vielzahl von elektrischen Leitungen 21, 22, die von demselben ausgehen, um sich mit einer Vorrichtung (nicht gezeigt) zu verbinden, welche die Signale verarbeitet, um das Gewicht zu bestimmen, das der Abschnitt des Sitzkissens trägt, unter dem das starre Element liegt. Die vertikale Abstandsbeziehung des starten Elements 19 (Rahmen) und der Sitzschale 18 wird sehr gut in Fig. 10 illustriert. Der Abstand, in dem das starre Element (Rahmen) von der Sitzschale 18 entfernt angeordnet wird, ist die Höhe des zwischen denselben angeordneten Sensors.
Wie in Fig. 8 gezeigt, die ein seitlicher Querschnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 4 ist, wird der Abschnitt des Sitzkissens 10, unter dem das starre Element 19 liegt, vorzugsweise mit Zwischenraum zu einer Hinterkante des Sitzkissens angeordnet. Dieses Merkmal verringert das Erfassen von Kräften, die von der Sitzlehne über die Sensoren auf die Sitzschale 18 übertragen werden, auf ein Minimum. Dies ist in dem Fall wichtig, in dem sich eine im Rücksitz eines Automobils sitzende Person gegen die Lehne des Vordersitzes lehnt und die auf die Sitzschale übertragenen Kräfte beeinflussen könnte. Es ist gezeigt worden, daß das Sitzbelegungs-Feststellungssystem der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, das Vorhandensein und das Gewicht eines Sitzinsassen mit guter Genauigkeit zu bestimmen.
Das starre Element 19 und die Sitzschale 18 werden wenigstens teilweise durch ein Spannungselement in der vertikal gegenüberliegenden Beziehung gehalten. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Spannungselement ein dünnes Material 14, das über dem Sitzkissen 10 liegt und an der Sitzschale 18 befestigt wird. Das dünne Material wird häufig als der Sitzbezug oder die Polsterung bezeichnet. Wie in Fig. 8 gezeigt, kann der Umfang des dünnen Materials Klemmen oder einen demselben zugeordneten verformbaren Streifen haben, der auf eine Kante der Sitzschale geklemmt oder um dieselbe gebogen werden kann.
Mit Bezug als Nächstes auf Fig. 9 wird eine Draufsicht eines Fahrzeugsitzes vom Fahrzeugbanktyp gezeigt, ausgerüstet mit einer Insassenfeststellungsvorrichtung, die ein starres Element 19 und Sensoren 20 nach der vorliegenden Erfindung einsetzt. Wenn es gewünscht wird, das Vorhandensein und die Größe eines Insassen der Beifahrerseite einer Vordersitzbank eines Fahrzeugs zu bestimmen, kann das Insassenfeststellungssystem der vorliegenden Erfindung nur in die Beifahrerseite der Sitzbank eingebaut werden, wie in Fig. 9 illustriert.
Mit Bezug als Nächstes auf Fig. 11 wird eine schematische Ansicht einer Insassenfeststellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Signal von jedem Sensor wird durch einen Verstärker zu einer Vorrichtung, wie beispielsweise einem Mikroprozessor, geleitet, welche das Signal oder die Signale verarbeitet, um das Gewicht zu bestimmen, welches das starre Sitzschalenelement trägt. Algorithmen zum Übersetzen eines Signals in ein Gewicht sind gut bekannt und werden zum Beispiel bei elektronischen Badezimmerwaagen verwendet. Der Algorithmus muß beim Bestimmen des Gewichts des Sitzinsassen das Gewicht des Sitzkissens und des starren Sitzschalenelements berücksichtigen. Falls das Gewicht des Sitzinsassen als gleich Null bestimmt wird, ist der Sitz natürlich nicht belegt.
Auf dem Gebiet der aufblasbaren Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtungen, wie beispielsweise Airbags, gibt es eine Notwendigkeit, zu bestimmen, ob der Insasse des vorderen Beifahrersitzes eines mit einem Airbag auf der vorderen Beifahrerseite ausgerüsteten Kraftfahrzeugs ein Kleinkind in einem Kindersitz oder ein kleines Kind ist, das weniger wiegt als ein vorher gewählter Wert. Diese Gewichtsbestimmungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Mikroprozessor, bestimmt das Gewicht, das die starre Sitzschale trägt, und ist vorzugsweise ein Regler, der die Aktivierung wenigstens einer Sicherheitsvorrichtung für einen Insassen des Sitzes steuert, auf der Grundlage des Gewichts des Insassen. Der Regler steuert zum Beispiel die Aktivierung einer aufblasbaren Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung oder eines Sicherheitsgurtvorspanners. Zusätzlich kann der Regler die Weise steuern, in der eine aktivierte Sicherheitsvorrichtung arbeitet, zum Beispiel durch die Steuerung der Geschwindigkeit, mit der ein Airbag aufgeblasen wird, oder der Menge an Sicherheitsgurtdurchhang, die durch den Vorspanner aufgewickelt werden muß. Folglich kann das hierin offengelegte Sitzbelegungsfeststellungssystem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Gegenstands oder einer Person auf einem Sitzkissen, und wenn vorhanden, das Gewicht der Person oder des Gegenstands auf dem Sitzkissen bestimmen. Auf der Grundlage dieser Bestimmungen kann die Vorrichtung eine oder mehrere Sicherheitsvorrichtungen aktivieren und/oder die Weise steuern, in der eine aktivierte Sicherheitsvorrichtung arbeitet.
Bei einigen Autositzgestaltungen ist ein Sitzrahmen nicht Teil der Struktur des Sitzes. Wie in Fig. 12 gezeigt, kann eine Fiberglasschale 60 über der Sitzschale 16 angebracht werden. Die Fiberglasschale 60 bildet folglich den Sitzrahmen und überträgt wesentlich alle durch den Sitzinsassen auf den Sitz ausgeübten Lasten auf Sensoren, die das Gewicht des Insassen messen. Auf diese Weise kann das Sitzbelegungsfeststellungssystem dieser Erfindung mit einer größeren Auswahl von Autositzen eingesetzt werden.
Fig. 12 bis 14 illustrieren, wie die Fiberglasschale 60 den Rahmen 19 ersetzt. Die Fiberglasschale 60 stellt ein leichtgewichtiges starres Element bereit, das die durch einen Sitzinsassen auf das Kissen 10 ausgeübte verteilte Last aufnehmen und die verteilte Last auf vier Punkte konzentrieren kann, an denen die Sensoren 20 die ausgeübte Last messen können. Die Schale 60 erfordert Steifigkeit und muß dem Körper angepaßt werden, so daß der Sitz bequem für den Insassen bleibt. Gleichzeitig muß die Schale verhältnismäßig kostengünstig sein, und ein geringes Gewicht ist ebenfalls ein Gesichtspunkt.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel des Sitzbelegungsfeststellungssystems 100 dieser Erfindung, gezeigt in Fig. 15, verwendet einen Sensor 102, gezeigt in Fig. 18, der auf dem Riesen-Magnetoresistenz- (GMR) Effekt beruht. Der Sensor 102 wird, wie in Fig. 15, 16 und 17 gezeigt, in einem Gehäuse 104 angeordnet, das eine Feder 106 enthält, die einen Tauchkolben 108 trägt. Der Tauchkolben 108 enthält einen Dauermagneten 110, der über dem GMR-Sensor 102 gehalten wird. Eine Kappe 112 hält den Tauchkolben 108 und die Feder 106 innerhalb des Gehäuses 104. Ein Knopf 114 liegt über dem Tauchkolben 108 und verläuft durch eine Öffnung in der Kappe 112. Eine auf den Knopf 114 übertragene Kraft bewegt den Tauchkolben 108, der den Magneten 110 enthält, nach unten zum Sensor 102 hin.
Das Gehäuse 104 und der Sensor 102 bilden, zusammen mit dem Dauermagneten 110, dem Tauchkolben 108, dem Knopf 114 und der Haltekappe 112, einen Kraftmeßsensor 116, der zwischen einem Sitzrahmen 118 und einer Sitzschale 120 eingebaut werden kann. Die Sitzschale 120, wie in Fig. 15 und 16 gezeigt, wird geringfügig modifiziert gegenüber der in Fig. 3 und 8 gezeigten Sitzschale 18. Die Sitzschale 120 hat Vorsprünge 122, die Löcher 124 verstärken, die in der Sitzschale geformt werden. Die Löcher 124 werden bemessen, um die Gehäuse 104 der Kraftmeßsensoren 116 aufzunehmen. Die Haltekappen 112 tragen die Meßsensoren 116 auf der oberen Fläche 126 der Sitzschale 120. Der Sitzrahmen 118 wird über der Sitzschale 120 angeordnet und greift mit den Knöpfen 114 von vier Kraftmeßsensoren 116 ineinander und wird auf denselben getragen.
Die Sitzschale 120 wird an einem Sitzrahmen 140 angebracht, der wiederum am Boden 142 eines Autos oder anderen Fahrzeugs angebracht wird. Auf diese Weise wird die Sitzschale 120 mit einem Fahrzeug (nicht gezeigt) verbunden.
Das auf dem Sitzkissen 128 ruhende Gewicht des Insassen wird durch die Knöpfe 114 der Kraftmeßsensoren 116 getragen. Die unter den Knöpfen 114 angeordneten Tauchkolben 108 bewirken die Durchfederung der Federn 106, die ermöglichen, daß sich die Dauermagneten 110 nach unten zu den GMR- Sensoren 102 hin bewegen. Der Umfang der nach unten gerichteten Bewegung der Dauermagneten 110 wird durch die Federkonstante der Federn 106 gesteuert. Folglich kann durch das einfache Hilfsmittel des Wählens der Federkonstante der Federn 106 das Maß der Kraft eingestellt werden, die erforderlich ist, um den Tauchkolben 108 auf einem Kraftmeßsensor 116 vollständig hinunterzudrücken.
Die Kraftmeßsensoren 116 schließen GMR-Sensoren 102 ein, die statische Magnetfelder abfühlen. Die Sensoren 102 tragen nicht unmittelbar die gemessene Last und haben keinen physischen Eingriff mit irgend einer beweglichen oder lasttragenden Struktur. Die GMR-Sensoren 102 nutzen einen 1988 entdeckten Effekt, bei dem bestimmte Dünnschichtvorrichtungen in der Lage sind, statische Magnetfelder nachzuweisen. GMR-Sensoren nutzen Widerstände, zusammengesetzt aus dünnen Magnetschichten von wenigen Nanometer Dicke, getrennt durch ebenso dünne nichtmagnetische Schichten.
Es wird eine Abnahme des Widerstands von zwischen etwa 10 und 20 Prozent in den zusammengesetzten Widerständen beobachtet, wenn ein Magnetfeld angelegt wird. Die physikalische Erklärung für die Abnahme des Widerstands ist die Spin-Abhängigkeit der Elektronenstreuung und die Spin-Polarisierung von Leitungselektronen in ferromagnetischen Metallen.
Die extrem dünnen aneinandergrenzenden Magnetschichten koppeln sich antiferromagnetisch aneinander, so daß die magnetischen Momente jeder Magnetschicht antiparallel zu angrenzenden. Magnetschichten ausgerichtet werden. Elektronen, spin-polarisiert in einer Magnetschicht, werden wahrscheinlich gestreut, wenn sie sich zwischen aneinandergrenzenden Schichten bewegen. Eine häufige Streuung fuhrt zu einem hohen Widerstand. Ein äußeres Magnetfeld überwindet die antiferromagnetische Kopplung und erzeugt eine parallele Ausrichtung von Momenten in aneinandergrenzenden ferromagnetischen Schichten. Dies verringert die Streuung und folglich den Widerstand des Bauelements.
Gruppen von vier Widerständen auf der Grundlage der GMR-Technologie werden in einer Wheatstonebrücke angeordnet, und zwei Schenkel der Brücke werden von den angelegten Magnetfeldern abgeschirmt. Die anderen zwei Schenkel werden zwischen den magnetischen Abschirmungen 130 angeordnet, die schematisch in Fig. 18 gezeigt werden. Die magnetischen Abschirmungen wirken als Flußverdichter, um ein Bauelement von maßgeschneiderter Empfindlichkeit für einen magnetischen Fluß einer gewählten Intensität zu erzeugen. In das Festkörperbauelement 132 wird eine Standardspannung eingespeist, und eine Spannung wird aus dem Bauelement 132 ausgelesen, die vorhersagbar in Beziehung steht oder proportional ist zu dem Magnetfeld, dem das Bauelement ausgesetzt wird. Die Bauelemente haben eine Empfindlichkeitsachse 134 die durch die Ausrichtung der Magnetflußabschirmungen 130, wie in Fig. 18 gezeigt, erzeugt wird.
GMR-Sensoren sind erhältlich von der Nonvolatile Electronics Inc. in 11409 Valley View Rd. Eden Prairie, Minnesota, USA. GMR-Sensoren sind kleine, hochempfindliche Bauelemente, die eine außerordentliche Temperaturstabilität haben, hohe Signalniveaus liefern und sehr wenig Energie erfordern und weniger kosten als viele konkurrierende Bauelemente. Alle diese Faktoren sind wichtig bei Bauelementen, die bei Automobil-Sicherheitsanwendungen verwendet werden.
Die Kraftmeßsensoren 116 werden eingesetzt als Teil eines Systems zum Entfalten eines Airbags und werden typischerweise mit einem Verstärker und einem Mikroprozessor verwendet, wie in Fig. 11 gezeigt. Der Mikroprozessor wird eine Logik einschließen, die Daten von Aufprallsensoren und Daten, die das Vorhandensein und das Gewicht eines Insassen im vorderen Beifahrersitz eines Automobils anzeigen, und andere Daten, die relevant sein können, von zusätzlichen Sensoren analysiert und auf der Grundlage der Logik und der Sensoreingaben einen Airbag entfalten oder nicht entfalten wird.
Es sollte sich verstehen, daß Sensoren, die Lasten oder Verschiebungen abfühlen, mit dem Sitzbelegungsfeststellungssystem dieser Erfindung verwendet werden können.
Es sollte sich ebenfalls verstehen, daß die bei den Kraftmeßsensoren 116 gezeigte Schraubenfeder Wicklungen einsetzen kann, die von rundem Querschnitt oder flach sind, und daß die Größe des Querschnitts zusammen mit dem Material und dem Materialmodul die Federkonstante steuern wird. Außerdem könnte die bei dem Kraftmeßsensor 116 eingesetzte Feder andere Typen von Federn verwenden, wie beispielsweise Belleville-Federn oder Gasfedern.
Es sollte sich ebenfalls verstehen, daß der Sitzrahmen 140 einen Einstellmechanismus einschließen kann, der eine Bewegung des Rahmens im Verhältnis zum Wagenboden ermöglicht oder eine Bewegung der Sitzschale 120 im Verhältnis zum Rahmen 140 ermöglicht.

Claims

1. Sitzbelegungs-Feststellungssystem, das folgendes umfaßt:

(a) eine Sitzschale (18),

(b) ein starres Element (19), das sich vertikal über der Sitzschale in einer vertikal gegenüberliegenden Abstandsbeziehung mit der Sitzschale befindet, wobei das starre Element unter einem Abschnitt eines Sitzkissens (10) liegt, und

(c) wenigstens zwei Sensoren (20), die derart zwischen dem starren Element und der Sitzschale angeordnet werden, daß die gesamte vom starren Element auf die Sitzschale übertragene Kraft über die Sensoren übertragen wird, welche die Größe der durch dieselben übertragenen Kraft abfühlen und Signale an eine Signalverarbeitungsvorrichtung senden, welche die Signale von den Sensoren verarbeitet, um das Gewicht zu bestimmen, das der Abschnitt des Sitzkissens trägt.

2. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach Anspruch 1, bei dem das starre Element (19) eine allgemein rechteckige Form hat und sich in der Nähe jeder Ecke des starren Elements ein Sensor (20) befindet.

3. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem wenigstens einer der Sensoren (20) ein Dehnungsmeßgerät ist.

4. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem wenigstens einer der Sensoren (20) eine Kraftmeßdose ist.

5. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem wenigstens einer der Sensoren (20) ein Drucksensor mit veränderlichem Widerstand ist.

6. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem wenigstens einer der Sensoren (20) folgendes umfaßt: einen Magneten (110), einen mit Zwischenraum zum Magneten angeordneten Magnetfeldsensor (102) und ein Mittel (106), um einem Verschieben des Magneten zum Magnetfeldsensor hin elastisch Widerstand entgegenzusetzen, so daß das Verschieben des Magneten in einem vorhersagbaren Verhältnis zu der angewandten Kraft steht.

7. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach Anspruch 6, bei dem der Magnetfeldsensor (102) vom GMR-Typ ist.

8. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem wenigstens einer der Sensoren (20) folgendes umfaßt: ein Gehäuse, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Magnetfeldsensor (102), einen über dem Magnetfeldsensor angebrachten Tauchkolben (108), einem am Tauchkolben angebrachten und über dem Magnetfeldsensor angeordneten Magneten (110) und eine Feder (106), die angeordnet ist, um den Tauchkolben und den Magneten vom Magnetfeldsensor weg vorzuspannen, bei dem das Gehäuse an der Sitzschale (18) angebracht ist und der Tauchkolben mit dem starren Element (19) ineinandergreift.

9. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach Anspruch 8, bei dem der Magnetfeldsensor (102) vom GMR-Typ ist.

10. Sitzbelegungs-Feststellungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das System außerdem einen Regler umfaßt, der den Betrieb, wenigstens einer Sicherheitsvorrichtung für einen Insassen des Sitzes steuert, auf der Grundlage des Gewichts, das der Abschnitt des Sitzkissens (10) trägt.