專利名稱：乘車人安全檢測系統(tǒng)的制作方法
在附圖中

圖1示出乘車人安全檢測系統(tǒng)實施例；圖2a-d示出乘車人安全檢測系統(tǒng)起動的有關(guān)側(cè)面安全氣囊沖氣裝置的各種座椅配置的例子；圖3a-c示出乘車人安全檢測系統(tǒng)起動的有關(guān)側(cè)面安全氣囊沖氣裝置的各種座椅配置的例子；圖4示出位于座椅底座上的液壓座椅重量傳感器；圖5示出檢測乘車人過程的流程圖；圖6示出根據(jù)圖5所示過程的判定邏輯表；圖7示出用于測量電容的通用檢測電路；圖8示出用于檢測電容并響應(yīng)電容測量值和座椅重量測量值控制安全氣囊致動器的電路實施例；圖9示出圖8所示檢測電路的各開關(guān)單元的操作；圖10示出變換的FET開關(guān)實施例；圖11示出用于檢測電容并響應(yīng)電容測量值和座椅重量測量值控制安全氣囊致動器的電路的另一個實施例；以及圖12示出包括多個電極的電場傳感器。
參考圖1，乘車人安全檢測系統(tǒng)10包括第一12和第二14電場傳感器，其安裝在車輛20的座椅18的椅背16之內(nèi)或之上；以及至少一個座椅重量傳感器22，其可操作地連接到座椅18，例如座椅底座24。第一12和第二14電場傳感器檢測座椅18上乘車人的存在，而至少一個座椅重量傳感器22測量座椅18上的對象或乘車人的部分重量。車輛20內(nèi)還安裝了定位的側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，以便減輕因為從座椅18的外側(cè)側(cè)面碰撞沖擊車輛20造成的對乘車人的傷害。例如，側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26可以位于車門28內(nèi)，如圖1所示，或者位于座椅18內(nèi)。響應(yīng)側(cè)面碰撞沖擊傳感器30檢測的有關(guān)側(cè)面碰撞沖擊，響應(yīng)乘車人安全檢測系統(tǒng)10檢測的乘車人，控制器32對致動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的進行控制，以下將做更全面說明?？刂破?2還控制用于處理第一12和第二14電場傳感器輸出的以及座椅重量傳感器22輸出的信號的電路系統(tǒng)?？刂破?2可以利用模擬或數(shù)字電路系統(tǒng)來實現(xiàn)，而且可以插入微處理器和有關(guān)存儲器和軟件。
通常，安全氣囊沖氣裝置的一個已知問題是，即使在有關(guān)車輛碰撞較輕時，在安全氣囊展開時，太靠近安全氣囊的乘車人，即不適當(dāng)位置乘車人容易受到展開的安全氣囊的傷害。在展開安全氣囊時，如果身材矮小或者體質(zhì)虛弱的乘車人，例如容易發(fā)生骨折的兒童、身材小的成年人或人們太靠近安全氣囊沖氣裝置模塊，則他們特別容易受到安全氣囊沖氣裝置傷害。將靠近安全氣囊沖氣裝置模塊、在其內(nèi)乘車人有受傷害的危險的區(qū)域稱為“危險(at-risk)”區(qū)域34。
乘車人安全檢測系統(tǒng)10適于檢測乘車人是否有可能位于側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的“危險”區(qū)域34內(nèi)，而且如果乘車人不可能位于側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的“危險”區(qū)域內(nèi)，則響應(yīng)側(cè)面碰撞沖擊傳感器30檢測的碰撞，提供使側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26起動的信號；而如果乘車人有可能位于側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的“危險”區(qū)域34內(nèi)，則提供停止起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的信號。例如，對于坐在圖2a-d之任一所示位置的乘車人36，乘車人安全檢測系統(tǒng)10適于使側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26起動，而對于坐在圖3a-c之任一所示位置乘車人36，乘車人安全檢測系統(tǒng)10適于停止起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
第一電場傳感器12包括第一電極38，第一電極38在對應(yīng)于側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的“危險”區(qū)域34的上部邊界高度、在座椅18的椅背16的椅面42的上部中心區(qū)域40上延伸，然后向著椅面42的中部椅內(nèi)區(qū)域44向下延伸的區(qū)域內(nèi)。因此，第一電極38對乘車人在有關(guān)側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的“危險”區(qū)域34之外的位置壓椅背16敏感，從而嚴(yán)格識別位于該位置的乘車人。成型并定位第一電極38，以便甚至在身材小的乘車人36壓在椅背16上的任何位置，而不靠在座椅18的外側(cè)46上時，它們?nèi)韵鄬τ诘谝浑姌O38保持靜止。
第二電場傳感器14包括第二電極48，第二電極48位于接近座椅18的椅背16的椅面42的外側(cè)46的位置。第二電極48沿著對應(yīng)于適合用在椅面42的外側(cè)46上的側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的“危險”區(qū)域34的范圍的垂直區(qū)域延伸，以防止乘車人受到來自外部方向的側(cè)面碰撞沖擊的傷害。因此，定位第二電極，以使其對如圖3a-c所示靠近側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26、在較小身材的乘車人可能被展開的安全氣囊傷害的位置靠在座椅18的外側(cè)46上的傾斜的乘車人敏感。
例如，座椅重量傳感器22可以包括一個或者多個測力傳感器50，其可操作地連接到座椅底座24與車輛20之間，例如，椅架52與車輛20的地板54之間的至少一個負(fù)載通路(load path)，以便測量安裝在其上的整個座椅18和物體或乘車人36的重量。例如，一個或者多個測力傳感器50可以采用應(yīng)變儀、磁致伸縮敏感元件、壓敏電阻元件或其他類型的敏感元件來測量有關(guān)負(fù)載。例如，可以根據(jù)第5,905,210號或第6,069,210號美國專利的教導(dǎo)來構(gòu)造座椅重量傳感器22，在此引用這兩個專利供參考。
作為一種選擇，例如，根據(jù)第5,918,696、5,927,427、5,957,491、5,979,585、5,984,349、5,986,221、6,021,861、6,045,155、6,076,853、6,109,117或6,056,079號美國專利的內(nèi)容，座椅重量傳感器22可以包括可操作地連接到座椅底座或椅背上的一個或者多個椅面的至少一個重量敏感元件，例如，壓敏電阻元件、薄膜開關(guān)元件或液壓重量敏感元件，在此引用這些專利供參考。例如，參考圖4，座椅重量傳感器22可以包括液壓重量敏感元件，例如位于椅背的椅罩58下面并被椅架52支持的含流體球(bladder)56，其中可操作地連接到球56的壓力傳感器60測量包含在其內(nèi)的流體的壓力，以提供乘車人重量的測量值。壓力傳感器60可操作地連接到控制器32，以將壓力信號送到其，從而利用該壓力信號起動重量的測量值。例如僅位于座椅底座24內(nèi)的座椅減振器62內(nèi)的座椅重量傳感器22通常不如測量整個座椅18的重量的座椅重量傳感器22準(zhǔn)確，但是仍可以提供關(guān)于座椅18上的乘車人的重量的信息，響應(yīng)該信息，乘車人安全檢測系統(tǒng)10足以控制側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。這種特定類型的座椅重量傳感器22沒有限制意義。
參考圖5，根據(jù)檢測乘車人36的方法，在步驟(502)，座椅重量傳感器22提供表示座椅18上的重量的座椅重量測量值W。然后，在步驟(504)，第一電場傳感器12提供第一電極38相對于地，即相對于四周的中心/椅內(nèi)電容C1的測量值。
然后，在步驟(506)，如果中心/椅內(nèi)電容C1小于有關(guān)中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr，而且在步驟(508)，如果座椅重量測量值W小于有關(guān)重量閾值WThr，則在步驟(510)，不起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。例如，重量閾值WThr相當(dāng)于在座椅18上重量約為55鎊的乘車人時座椅重量傳感器22輸出的座椅重量測量值W，并且設(shè)置中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr，以提供第一電極38的電容相對于空座椅的電容的約1微微法拉的電容變化，第一電極38具有約1-2英寸(25-50毫米)的最小尺寸。中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr的特定值取決于第一電極38的特定幾何形狀，但是修改該閾值，以便在小孩的頭部接近第一電極38時，中心/椅內(nèi)電容C1的測量大于中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr。
另外，從步驟(506)開始，或者從步驟(508)開始，在步驟(510)，第二電場傳感器14提供第二電極48相當(dāng)于地，即相對于四周的椅外電容C2的測量值。然后，在步驟(512)，如果椅外電容C2大于有關(guān)椅外電容閾值C2Thr，則在步驟(514)，如下式計算側(cè)面比(side ratio)SR(或者通常稱為，控制測量值)SR=(WM)n·(C1C2)]]>其中W是來自座位重量傳感器22的座位重量的測量值，M和n是基于控制計算的側(cè)面比SR對座位重量測量值W的相關(guān)性的參數(shù)，C1是第一電極38的中心/椅內(nèi)電容的測量值，C2是第二電極48的椅外電容的測量值。
然后，在步驟(516)，如果側(cè)面比SR小于側(cè)面比閾值SRThr，則在步驟(510)，不起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
另外，從步驟(512)開始，或者從步驟(516)開始，響應(yīng)側(cè)面碰撞沖擊傳感器30輸出的信號，起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，以展開安全氣囊。
由于圖5示出用于實現(xiàn)檢測乘車人36的方法的一個實施例，所以應(yīng)該明白，如果在利用它們執(zhí)行判定或計算步驟之前進行了有關(guān)計算和測量，則測量座椅重量W、中心/椅內(nèi)電容C1和椅外電容C2以及計算側(cè)面比SR的特定順序沒有限定。
參考圖6，與圖5有關(guān)的判定邏輯取決于圖6中利用被標(biāo)記為A、B、C和D列示出的四(4)個二進制值因數(shù)，A、B、C和D列分別對應(yīng)于圖5中的步驟(516)、(512)、(506)和(508)，其中如果計算的邏輯表達(dá)式(A AND B)OR(C AND D)為真(TRUE)，則關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，正如標(biāo)題為側(cè)面安全氣囊沖氣裝置控制的列中的關(guān)閉(DISABLE)狀態(tài)表示的那樣；而且如果計算的邏輯表達(dá)式(AAND B)OR(C AND D)為假(FALSE)，則起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，正如同一列中的起動狀態(tài)表示的那樣。在圖6中，列出了四(4)個獨立的二進制值因數(shù)A、B、C和D的十六(16)種可能組合以及有關(guān)結(jié)果。正如標(biāo)題為示意圖的列示出的那樣，圖2a-d和圖3a-c示出幾種組合。
例如，圖2a示出對應(yīng)于圖6的組合#3的座位占用狀況的第一個例子，其中對于向著座椅18的外側(cè)斜靠在椅背16上，以致中心/椅內(nèi)電容C1的測量值和椅外電容C2的測量值均大于相應(yīng)閾值C1Thr和C2Thr的、身材較大的乘車人36，即對于其有關(guān)座位重量測量值W大于有關(guān)重量閾值WThr的乘車人，起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。此外，有關(guān)側(cè)面比SR大于側(cè)面比閾值SRThr，因為乘車人36提供了足夠大的座位重量測量值W，而且位于同時靠近第一12和第二14電場傳感器的第一電極38和第二電極48的適當(dāng)位置。
作為另一個例子，圖2b示出對應(yīng)于圖6中的組合#3的座位占用狀況的第二個例子，其中對于向著座椅18的外側(cè)斜靠在椅背16上，以致中心/椅內(nèi)電容C1的測量值和椅外電容C2的測量值均大于相應(yīng)閾值C1Thr和C2Thr的、身材中等的乘車人36，即其有關(guān)座位重量測量值W大于有關(guān)重量閾值WThr的乘車人，則起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。此外，有關(guān)側(cè)面比SR大于側(cè)面比閾值SRThr，因為乘車人36提供了足夠大的座位重量測量值W，而且位于同時靠近第一12和第二14電場傳感器的第一電極38和第二電極48的適當(dāng)位置。
通常，根據(jù)圖6，如果乘車人36具有大于有關(guān)重量閾值WThr的座位重量測量值W，則除了狀況#4和#8，起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，即，對于8種狀況中的6種狀況，起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，在這些狀況下，乘車人36充分靠近第二14電場傳感器的第二電極48，以使椅外電容C2的測量值大于椅外電容閾值C2Thr，而且因為座位重量測量值W、中心/椅內(nèi)電容C1的測量值和椅外電容C2的測量值的特別組合，有關(guān)的側(cè)面比SR小于側(cè)面比閾值SRThr。
作為又一個例子，圖2c示出對應(yīng)于圖6中的組合#10的座位占用狀況的第一個例子，其中對于接近向著座椅18的中心斜靠在椅背16上，以致例如因為乘車人的頭部靠近椅背16的上部中心區(qū)域40的第一電極38，而使得中心/椅內(nèi)電容C1的測量值大于有關(guān)中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr，而且因為乘車人36不靠近第二14電場傳感器的第二電極48，而使得椅外電容C2的測量值小于有關(guān)椅外電容閾值C2Thr的、身材較小的乘車人36，即對于其有關(guān)座位重量測量值W小于有關(guān)重量閾值WThr的乘車人，起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
作為又一個例子，圖2d示出對應(yīng)于圖6中的組合#10的座位占用狀況的第二個例子，其中對于向著座椅18的內(nèi)側(cè)斜靠在椅背16上，以致例如因為乘車人的頭部或肩部靠近椅背16的中部椅內(nèi)區(qū)域44內(nèi)的第一電極38，而使得中心/椅內(nèi)電容C1的測量值大于有關(guān)中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr，而且因為乘車人36不靠近第二14電場傳感器的第二電極48，而使得椅外電容C2的測量值小于有關(guān)椅外電容閾值C2Thr的、身材較小的乘車人36，即對于其有關(guān)座位重量測量值W小于有關(guān)重量閾值WThr的乘車人，起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。因此，第一電極38的第一部分在椅背16的上部中心區(qū)域40內(nèi)，而其第二部分在椅背16的中部椅內(nèi)區(qū)域44內(nèi)，它適于檢測正對著椅背16坐著，或者向著座椅18的內(nèi)側(cè)斜靠著的、身材較小的乘車人36，從而保證對于這些坐況起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
作為又一個例子，圖3a和3b示出對應(yīng)于圖6中的組合#12的座位占用狀況的例子，其中對于向著座椅18的外側(cè)斜靠在椅背16上，以致因為乘車人36不靠近第一12電場傳感器的第一電極38，而使得中心/椅內(nèi)電容C1的測量值小于有關(guān)中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr，而且例如因為乘車人的頭部或肩部靠近第二14電場傳感器的第二電極48，而使得椅外電容C2的測量值大于有關(guān)椅外電容閾值CThr，而且因為將座椅重量W、中心/椅內(nèi)電容C1和椅外電容C2的測量值組合在一起，而使得有關(guān)側(cè)面比SR小于側(cè)面比閾值SRThr的、身材較小的乘車人36，即對于其有關(guān)座位重量測量值W小于有關(guān)重量閾值WThr的乘車人，則關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
作為又一個例子，圖3c示出對應(yīng)于圖6中的組合#13或組合#14的座位占用狀況的例子，其中對于向著座椅18的外側(cè)未靠在椅背16上，以致因為乘車人36不靠近第一12電場傳感器的第一電極38，而使得中心/椅內(nèi)電容C1的測量值小于有關(guān)中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr，而且因為乘車人36不靠近第二14電場傳感器的第二電極48，而使得椅外電容C2的測量值小于有關(guān)椅外電容閾值C2Thr，但是不考慮有關(guān)側(cè)面比SR的值的、身材較小的乘車人36，即對于其有關(guān)座位重量測量值W小于有關(guān)重量閾值WThr的乘車人，關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
通常，根據(jù)圖6，如果乘車人36具有小于有關(guān)重量閾值WThr的有關(guān)座位重量測量值W，則除了狀況#9、#10和#11外，關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，即對于8種情況中的5種情況關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。除了在乘車人還充分靠近第二14電場傳感器的第二電極48，以使椅外電容C2的測量值大于椅外電容閾值C2Thr，而且因為將座椅重量W、中心/椅內(nèi)電容C1和椅外電容C2的測量值組合在一起，而使得有關(guān)側(cè)面比SR小于側(cè)面比閾值SRThr時之外，當(dāng)乘車人36充分靠近第一12電場傳感器的第一電極38，以使中心/椅內(nèi)電容C1的測量值大于有關(guān)中心/椅內(nèi)電容閾值C1Thr時，起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。因此，當(dāng)乘車人36所在的位置使得其頭部可能位于側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的“危險”區(qū)域34內(nèi)時，則對于身材較小的乘車人36關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
如圖6的組合#13和#14所示，在座椅空閑時，也關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26，因為在這種情況下，座椅重量測量值W小于有關(guān)重量閾值WThr，而且中心/椅內(nèi)電容C1的測量值和椅外電容C2的測量值均小于相應(yīng)閾值C1Thr和C2Thr。此外，通過將座椅重量W、中心/椅內(nèi)電容C1和椅外電容C2的測量值與存儲在存儲器內(nèi)的一組相應(yīng)基準(zhǔn)測量值進行比較，可以檢測該座椅空閑狀況，其中如果它們之間的差值小于閾值，則認(rèn)為座椅是空閑的，并使側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26不能響應(yīng)側(cè)面碰撞撞擊傳感器30檢測到的碰撞被起動。
在兒童不壓椅背，但是他們的頭部確實位于從靠近有關(guān)乘客車門28的側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26出來的安全氣囊的路徑上時，圖5和6所示的控制邏輯設(shè)置為關(guān)閉側(cè)面安全氣囊。在如果存在稍許向前靠著的成年人，而需要關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26的情況下，座椅重量測量值W以及中心/椅內(nèi)電容C1和椅外電容C2的測量值保證在存在兒童時，關(guān)閉側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。
在此使用的術(shù)語“電場傳感器”指響應(yīng)所檢測的信號對電場的干擾來產(chǎn)生信號的傳感器。通常，電場傳感器包括對其施加外加的信號的電極；以及可以是對其施加外加信號并測量接收信號(或響應(yīng))的同樣電極或各同樣電極的電極。外加信號使得從該電極到該電極環(huán)境下的地、或者到另一個電極之間產(chǎn)生電場?？梢詫⑼饧拥男盘柡徒邮盏男盘栠B接到同樣電極或各同樣電極，或者各不同電極。與給定電極或電極組有關(guān)的特定電場取決于電極或電極組的性質(zhì)和幾何形狀，而且取決于其周圍環(huán)境，例如周圍的介質(zhì)屬性。對于固定的電極幾何形狀，電場傳感器接收的信號或各信號根據(jù)外加的信號或各信號、而且根據(jù)影響產(chǎn)生的電場的環(huán)境的性質(zhì)，例如根據(jù)存在與其周圍具有不同介電常數(shù)或電導(dǎo)率的物體以及該物體的位置而發(fā)生變化。
電場傳感器的一種形式是電容傳感器，其中對于給定的電極配置，根據(jù)接收的各外加信號之間的關(guān)系，測量一個或者多個電極的電容。在此引用技術(shù)論文“Field miceExtracting hand geometry fromelectric field measurements”by J.R.Smith，published in IBM SystemsJournal，Vo1.35，Nos.3&4，1996，pp.587-608供參考，該論文描述了電場檢測的概念，該電場檢測用于進行非接觸三維定位測量，更具體地說是為了將三維位置輸入送到計算機，檢測人手的位置。通常被稱為電容檢測的實際上包括作者將其稱為“加載模式”、“并聯(lián)模式”和“發(fā)送模式”的各種不同機制，它們對應(yīng)于各可能的電流通路。在并聯(lián)模式下，將低頻振蕩的電壓施加到發(fā)送電極，利用電流放大器測量接收電極感應(yīng)的位移電流，從而由被檢測的身體調(diào)節(jié)位移電流。在“加載模式”下，被檢測的物體調(diào)節(jié)發(fā)送電極相對于地的電容。在發(fā)送模式下，發(fā)送電極接觸用戶的身體，這樣，通過直接電連接或者通過電容耦合，用戶的身體就變成相對于接收機的發(fā)射機。
還可以利用用于測量電容的其他裝置測量電場傳感器的電容，例如，The Standard Handbook for Electrical Engineers 12thedition，D.G.Fink and H.W.Beaty Editors，McGraw Hill，1987，pp.3-57 through 3-65，或者在Reference Data for EngineersRadio，Electronics，Computer，and Communications 7thedition，E.C.Jordon editor in chief，Howard W.Sams，1985，pp.12-3 through 12-12給出的裝置，在此引用它們二者供參考。
因此，第一12和第二14電場傳感器分別被稱為電容傳感器，或者更一般地被稱為在上述模式之一下工作的電場傳感器。
汽車環(huán)境下可能的溫度范圍可能潛在嚴(yán)重影響與電場傳感器相連的檢測電路，導(dǎo)致“感測的”傳感器讀數(shù)發(fā)生漂移。消除這種漂移的一種方式是使用基準(zhǔn)電容器，其可以將該基準(zhǔn)電容器切換到測量電路中代替檢測電極。因為可以選擇基準(zhǔn)電容器以使其值相對溫度較穩(wěn)定，所以可以識別漂移，而且該信息可以用于改變判定閾值。替換解決方案是始終測量基準(zhǔn)電容器與傳感器電容之間的差值?？梢郧袚Q第二“校準(zhǔn)”電容器以代替該傳感器來識別測量系統(tǒng)增益。利用基準(zhǔn)電容器和基準(zhǔn)電容器使系統(tǒng)連續(xù)補償測量電路內(nèi)的變化?；鶞?zhǔn)電容器和基準(zhǔn)電容器不是嘗試測量溫度，然后進行校正，而是用于測量測量電路系統(tǒng)的電流偏移和增益，以使測量值始終是一致性。利用FET組合或諸如Texas Instruments制造的CD4051的模擬去復(fù)用器，可以在基準(zhǔn)電容器、基準(zhǔn)電容器或傳感器之間進行切換。
參考圖7，用于測量電容Cx的一種技術(shù)是測量來自容性分壓器702的電壓，容性分壓器702包括與要測量的電容Cx串聯(lián)的已知電容C1，其中振蕩電壓源Vs施加在容性分壓器702之間，而在已知電容C1與要測量的電容Cx之間的容性分壓器702的節(jié)點704測量響應(yīng)于電容Cx的電壓Vx。對于為了說明的目的，利用純電容表示的已知電容C1和要測量的電容Cx，下式給出電壓VxVx=Vs·(C1C1+Cx)]]>因此，如果C1和Cx均已知，則可從Vx確定Cx。然而，如上所述，Vs、C1或有關(guān)電路系統(tǒng)均可能在時間上或者因為環(huán)境狀況的結(jié)果而發(fā)生漂移，或者因為各系統(tǒng)而變化。通過將要測量的電容Cx從電場傳感器的未知電容重復(fù)切換為一個或者多個溫度穩(wěn)定的基準(zhǔn)電容器，可以補償該漂移或變化的影響，其中重復(fù)切換周期足夠快，以致可以忽略測量周期內(nèi)的漂移或變化。例如，如圖7所示，利用開關(guān)元件706，將一個或者多個各種電容切換到容性分壓器702中作為電容Cx。例如，作為第一步，開關(guān)元件706將具有電容CS1的第一電場傳感器12的第一電極38連接到容性分壓器702的節(jié)點704作為電容Cx，然后測量相應(yīng)電壓VS1作為Vx。然后，作為第二步，開關(guān)元件706將第一基準(zhǔn)電容器CR1連接到容性分壓器702的節(jié)點704作為電容Cx，然后測量相應(yīng)電壓VR1作為Vx。然后，作為第三步，開關(guān)元件706將第二基準(zhǔn)電容器CR2附加到容性分壓器702的節(jié)點704，以使電容Cx由和(CR1+CR2)來得出，然后測量相應(yīng)電壓VR12作為Vx。第一步與第三步之間的時間周期足夠短，以致可以忽略測量值Vx在該時間周期內(nèi)的漂移。然后，以下可以利用這三個電壓測量值以提供第一電場傳感器12的第一電極38的電容CS1的測量值，而不考慮Vs或C1CS1=CR1+CR2·(1-VR1VS11-VR1VR12)]]>除了在第一步中連接第二電極48代替連接第一電極38外，通過重復(fù)上述3個步驟的處理過程，可以測量第二電場傳感器14的第二電極48的電容。
因此，第一電場傳感器12包括第一電極38，其通過容性分壓器702可操作地連接到外加信號Vs，以響應(yīng)第一電極38上的電壓Vx在第一電極38附近產(chǎn)生電場。例如，外加信號Vs包括振蕩信號。第一電極38可操作地連接到接收機708，響應(yīng)位于相應(yīng)第一電極38的電場，接收機708輸出接收的信號710，其中，所接收信號710響應(yīng)于至少一個影響電場的特性，例如靠近第一電場傳感器12的物體的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、大小、質(zhì)量或距離。例如，對于作為電容傳感器的第一電場傳感器12，接收機708提供第一電極38相對于周圍地線的電容的測量值。例如，振蕩器712產(chǎn)生外加的信號Vs，而該振蕩器712既插入檢測電路714中，又插入接收機708中。
同樣，第二電場傳感器14包括第二電極48，其通過容性分壓器702可操作地連接到外加信號Vs，以響應(yīng)第二電極48上的電壓Vx，在第二電極48附近產(chǎn)生電場。第二電極48可操作地連接到接收機708，響應(yīng)對應(yīng)于第二電極48的電場，接收機708輸出接收的信號710，其中該接收的信號710是對至少一個影響電場的特性的響應(yīng)，例如位于第二電場傳感器14附近的物體的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、大小、質(zhì)量或距離。例如，對于作為電容傳感器的第二電場傳感器14，接收機708提供第二電極48相對于周圍地線的電容的測量值。
利用單個檢測電路714進行傳感器測量，該檢測電路714插入開關(guān)元件706以可操作地將第一電極38或第二電極48耦合到公用振蕩器712和接收機708，從而產(chǎn)生電容CS1、CS2的相應(yīng)測量值。
第一電極38或第二電極48相對于地的電容是較小的，例如小于約50微微法拉。汽車環(huán)境中可能出現(xiàn)的溫度范圍可能顯著影響集成電路714的各部件，導(dǎo)致漂移，該漂移被錯誤地看作測量值，從而導(dǎo)致控制器32錯誤地使側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26起動。通過在檢測電路714內(nèi)插入溫度穩(wěn)定的基準(zhǔn)電容器可以消除這種漂移的影響，其切換該溫度穩(wěn)定基準(zhǔn)電容器以代替第一電極38或第二電極48，從而提供用于進行容性測量值比較的裝置。
參考圖8，圖8示出典型檢測電路714，振蕩器802產(chǎn)生振蕩信號，例如正弦波信號，其由第一帶通濾波器804進行濾波，以產(chǎn)生第一振蕩信號806。將第一振蕩信號806施加到容性分壓器808，容性分壓器808包括電容器C1、電阻器R1和R2以及從第一電極38、第二電極48、第一基準(zhǔn)電容器CR1和第二基準(zhǔn)電容器CR2中選擇的一個或者多個要測量的容性元件，其中響應(yīng)相應(yīng)FET開關(guān)Q1a、Q1b、Q2a、Q2b、Q3a、Q3b、Q4a和Q4b的狀態(tài)，包括或者排除要測量的電容元件。在第一節(jié)點810，將電容器C1、電阻器R1和R2以及FET開關(guān)Q1a、Q2a、Q3a和Q4a全部互相連接在一起，第一節(jié)點810連接到電壓跟隨器U1的輸入端812。將電壓跟隨器U1的輸出端814連接到FET開關(guān)Q1b、Q2b、Q3b和Q4b，在激活時，這些FET開關(guān)切斷相應(yīng)電容元件，以便不測量它們。分別互斥起動FET開關(guān)對Q1a和Q1b、Q2a和Q2b、Q3a和Q3b以及Q4a和Q4b的FET開關(guān)元件。例如，如果FET開關(guān)Q1a被起動或閉合，則FET開關(guān)Q1b就被去起動或斷開。被測量的電容元件增加第一節(jié)點的電容，從而影響送到電壓跟隨器U1的輸入端812的信號的強度。利用其相應(yīng)第一FET開關(guān)元件，使不被測量的電容元件從第一節(jié)點斷開，而利用其相應(yīng)第二FET開關(guān)元件，使不被測量的電容元件連接到電壓跟隨器U1的輸出端814，其中根據(jù)電壓跟隨器U1的有關(guān)運算放大器的特性，電壓跟隨器U1的輸出端814跟隨未連接相應(yīng)電容元件的第一節(jié)點的信號，然后通過相應(yīng)第二FET開關(guān)元件，電壓跟隨器U1提供通過有關(guān)電容元件的電流。此外，在起動相應(yīng)第二FET開關(guān)元件時，相應(yīng)的第一FET開關(guān)元件的源極和漏極分別地耦合到相應(yīng)運算放大器的輸入端，以便分別對它們施加同樣的電勢，從而消除相應(yīng)第一FET開關(guān)的電容對電容測量值的影響。
然后，將電壓跟隨器U1的輸出端814連接到與第一帶通濾波器804具有同樣通帶的第二帶通濾波器816，包括二極管D1、電阻器R3和電容器C2的檢測器818檢測第二帶通濾波器816的輸出，然后第一低通濾波器820對其濾波。第一低通濾波器820的輸出822具有對應(yīng)于第一節(jié)點810的電容的DC分量。隔直流電容器C3對該DC分量進行濾波，然后，第二低通濾波器824對結(jié)果信號進行濾波，以在第一節(jié)點810提供振蕩信號的振幅826，振幅826與該位置的總電容有關(guān)。采用隔直流電容器C3，以便提供振幅826的瞬時測量值。
在運行過程中，例如，根據(jù)圖9所示的控制邏輯，微處理器U2對起動FET開關(guān)Q1a、Q1b、Q2a、Q2b、Q3a、Q3b、Q4a和Q4b進行控制。利用被微處理器U2切換的第一基準(zhǔn)電容器CR1，即利用起動的Q2a和去起動的Q2b，控制器測量第一振幅。然后，利用也是被微處理器U2切換的第二基準(zhǔn)電容器CR2，根據(jù)電容器CR2的電容增量增加的第一節(jié)點的電容，測量第二振幅。如以上參考圖7所述，已知電容器CR1和CR2的電容值，則以伏特/微微法拉為單位計算靈敏度因數(shù)。然后，微處理器U2關(guān)閉(switch out)第一CR1和第二基準(zhǔn)電容器CR2、接通(switchin)第一電極38或第二電極48、測量第三振幅以及利用計算的靈敏度因數(shù)，根據(jù)測量的內(nèi)容，計算第一電極38或第二電極48的電容。
根據(jù)圖5所示的步驟和圖6所示的邏輯，控制電路828利用第一電場傳感器12和第二電場傳感器14的電容測量值以及座位重量傳感器22示出的質(zhì)量測量值W控制是否響應(yīng)側(cè)面碰撞沖擊傳感器30檢測到的碰撞來起動側(cè)面安全氣囊沖氣裝置26。盡管圖8示出微處理器U2和控制電路828是分離元件，但是也可以是其他配置。例如，將它們二者組合在一個控制器內(nèi)，或者可以利用該微處理器檢測振幅測量值、計算第一電場傳感器12和第二電場傳感器14的電容，然后將這些電容值輸出到控制電路828。
可以將第一電極38和第二電極48分別建模為第一電容CS1與第二電容CS2和電阻RS的串聯(lián)組合并聯(lián)，其中電阻RS與座椅的濕度成反比。對于干燥的座椅，CS1對容性傳感器的電容起主導(dǎo)作用，但是座椅的濕度增大時，受CS2和RS的影響。
可以修改電容器C1、CR1和CR2的電容值，以在第一電場傳感器12和第二電場傳感器14的預(yù)期電容范圍內(nèi)將電容測量值的動態(tài)范圍增加到最大。
參考圖10，可以利用FET開關(guān)對Q1和Q2分別代替每個FET開關(guān)Q1a、Q1b、Q2a、Q2b、Q3a、Q3b、Q4a和Q4b。將原始FET開關(guān)Q的各端分別指定為柵極G、源極S和漏極D，這些端與FET開關(guān)對Q1和Q2的各端具有以下對應(yīng)關(guān)系1)相應(yīng)柵極G1和G2連接到一起并與G對應(yīng)；2)源極S1和S2連接在一起；3)FET開關(guān)Q1的漏極D1與D對應(yīng)；以及4)FET開關(guān)Q2的漏極D2與S對應(yīng)。對于其源極連接到人體的3腳FET開關(guān)，這種配置有好處，因此可以有效在源極與漏極之間的產(chǎn)生二極管結(jié)，如圖10所示。由于源極S1、S2互連，所以這些有效二極管結(jié)以相反極性背對背串聯(lián)在一起，從而防止信號的通過不受相應(yīng)柵極G1和G2的控制。此外，F(xiàn)ET開關(guān)對Q1和Q2的漏極-源極電容是一個FET開關(guān)Q1的電容的一半，因為各電容串聯(lián)在一起。
圖11示出檢測電路7 14的各方面的幾個其他實施例。例如，通過諸如Texas Instruments生產(chǎn)的CD4051的模擬去復(fù)用器1102，可以連接要在第一節(jié)點810檢測的單元，其中在微處理器U2的控制下，模擬去復(fù)用器1102將要檢測的單元一次一個地連接到第一節(jié)點810。例如，第一基準(zhǔn)電容器CR1a和第二基準(zhǔn)電容器CR2a以及電容傳感器分別可操作地連接到模擬去復(fù)用器1102的各不同模擬輸入端，并通過模擬去復(fù)用器1102可操作地互斥連接到第一節(jié)點810。因此，利用這種配置，校正過程不同于圖10a-b所示的校正過程，在圖10a-b中，兩個基準(zhǔn)電容器同時可操作地連接到第一節(jié)點810。如果需要更多的模擬通道，則可以使用多個模擬去復(fù)用器1102，在這種情況下，可以將一組分離基準(zhǔn)電容器，例如CR1b和CR2b與每個分離模擬去復(fù)用器1102一起使用，以對各模擬去復(fù)用器1102之間的不同進行補償。作為另一個實施例的另一個例子，可以在第一節(jié)點810與要檢測的各單元之間設(shè)置電感器L1，以降低電磁場干擾的影響。作為另一個實施例的又一個例子，可以利用微處理器U2控制的D/A轉(zhuǎn)換器1104消除有關(guān)振幅信號內(nèi)的漂移，其中可以將D/A轉(zhuǎn)換器1104的輸出可操作地連接到倒相放大器1106，并從濾波檢測振幅信號1108中減去該輸出。通過消除振幅信號的偏移，可以提高有關(guān)電路增益，以提高振幅信號的動態(tài)范圍。作為另一個實施例的又一個例子，可以利用超級二極管檢測電路1110檢測信號振幅。
參考圖12和1，第一電極38和第二電極48位于椅背16的椅面42的椅罩58的下面。例如，可以利用包括金屬和塑料的各種導(dǎo)電材料，以平板、薄金屬片、網(wǎng)孔或編織的方式構(gòu)造第一電極38和第二電極48。此外，參考圖12，第一電極38或第二電極48可以包括多個電極單元，該多個電極單元或者一起連接到集成電路714的公共輸入端，或者單獨連接到檢測電路714的各傳感器端口。例如，圖12示出作為3個電極38.1、38.2和38.3的第一電極38，這3個電極分布在椅背16的上部中心區(qū)域40和中部椅內(nèi)區(qū)域44上，而且它們連接到檢測電路714的公共輸入端。當(dāng)相應(yīng)第一電極38或第二電極48的多個電極單元連接到檢測電路714的各傳感器端口時，檢測電路714可以提供各有關(guān)電容測量值，然后，計算這些電容的和，以提供有關(guān)第一電極38或第二電極48的相應(yīng)總電容C1或C2。
盡管對特定實施例進行了詳細(xì)說明，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員明白，根據(jù)在此披露的所有內(nèi)容的教導(dǎo)，可以對這些細(xì)節(jié)進行各種變更和替換。因此，對于本發(fā)明范圍，所披露的特定配置僅具有說明性意義，而沒有限制意義，所附權(quán)利要求及其任何和所有等效物說明的整個范圍給出本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測位于車輛座椅上的乘車人的方法，該方法包括a.準(zhǔn)備好檢測第一電極的第一電容測量值，其中所述第一電極包括第一部分，其位于所述座椅的椅背的椅面的上部中心區(qū)域附近；以及第二部分，其位于所述椅面的內(nèi)側(cè)的附近，其中所述第二部分位于所述第一部分的下方；以及b.準(zhǔn)備好響應(yīng)所述第一電容測量值，用于控制安全氣囊致動器的起動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，該方法進一步包括c.準(zhǔn)備好檢測第二電極的第二電容測量值，其中所述第二電極位于所述椅面的外側(cè)的附近；以及d.準(zhǔn)備好響應(yīng)所述第二電容測量值，用于控制安全氣囊致動器的起動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中如果所述第一電容測量值大于第一閾值，而且如果所述第二電容測量值小于第二閾值，則起動所述安全氣囊致動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中所述安全氣囊致動器包括安全氣囊沖氣裝置，當(dāng)所述座椅安裝在車輛內(nèi)時，該安全氣囊沖氣裝置適于展開位于所述椅面的所述外側(cè)附近的安全氣囊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中當(dāng)所述安全氣囊被展開時，所述上部中心區(qū)域位于所述安全氣囊占據(jù)的空間區(qū)域的上部邊界附近的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中所述上部中心區(qū)域位于兒童大小的乘車人的頭部附近的位置，其中所述兒童大小的乘車人的體重小于第三閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，該方法進一步包括e.準(zhǔn)備好檢測所述座椅上的重量的測量值；以及f.準(zhǔn)備好響應(yīng)所述重量測量值，用于控制所述安全氣囊致動器的起動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中如果所述重量測量值小于第三閾值，而且所述第一電容測量值小于第一閾值，則關(guān)閉所述安全氣囊致動器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，該方法進一步包括a.準(zhǔn)備好檢測所述座椅上的重量的測量值；以及b.準(zhǔn)備好響應(yīng)所述重量測量值，用于控制所述安全氣囊致動器的起動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，該方法進一步包括a.準(zhǔn)備好響應(yīng)所述重量測量值、所述第一電容測量值以及所述第二電容測量值，計算控制測量值；以及b.準(zhǔn)備好響應(yīng)所述控制測量值，用于控制所述安全氣囊致動器的起動。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中所述控制測量值包括第一因數(shù)與第二因數(shù)的積，其中所述第一因數(shù)包括第一電容測量值除以所述第二電容測量值的比值，以及所述第二因數(shù)包括所述重量測量值的比例值的冪。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中如果所述第一電容測量值大于第一閾值，所述第二電容測量值大于第二閾值，而且所述控制測量值小于第四閾值，則關(guān)閉所述安全氣囊致動器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的方法，其中如果所述第一電容測量值大于第一閾值，所述第二電容測量值大于第二閾值，而且所述控制測量值大于第四閾值，則起動所述安全氣囊致動器。
14.一種用于檢測位于車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a.第一電極，其中所述第一電極包括第一部分，其位于所述座椅的椅背的椅面的上部中心區(qū)域附近；以及第二部分，其位于所述椅面的內(nèi)側(cè)的附近，其中所述第二部分在所述第一部分的下方；b.檢測電路，其可操作地連接到所述第一電極，其中所述檢測電路將第一信號施加到所述第一電極，并檢測所述第一電極對所述第一信號的第一響應(yīng)，其中所述第一響應(yīng)是對所述第一電極的電容的響應(yīng)；以及c.控制器，可操作地連接到所述檢測電路，其中所述控制器響應(yīng)是第一響應(yīng)產(chǎn)生控制信號，以對安全氣囊致動器的起動進行控制。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，其中從第一振蕩電壓和第一振蕩電流中選擇所述第一信號，而且從所述第一振蕩電流和第一振蕩電壓中選擇所述第一響應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，其中所述第一電極包括多個電極單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，其中每個所述電極單元分別互相可操作地連接在一起。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，其中至少兩個所述電極單元被分別連接到所述檢測電路，所述檢測電路提供用于對各個電極單元產(chǎn)生單獨的響應(yīng)，以及將所述單獨的響應(yīng)組合以提供所述第一電極的電容的合成測量值。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步包括第二電極，其中所述第二電極位于所述椅面的外側(cè)的附近，所述檢測電路可操作地連接到所述第二電極，而且所述檢測電路將第二信號施加到所述第二電極，并檢測所述第二電極對所述第一信號的第二響應(yīng)，其中所述第二響應(yīng)是對所述第二電極的電容的響應(yīng)，而且所述控制信號進一步響應(yīng)所述第二響應(yīng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，其中從第二振蕩電壓和第二振蕩電流中選擇所述第二信號，而且從所述第二振蕩電流和第二振蕩電壓中選擇所述第二響應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于檢測車輛座椅上的乘車人的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步包括重量傳感器，該重量傳感器可操作地連接到所述座椅的椅底座上，其中當(dāng)所述對象位于所述座椅底座上時，所述重量傳感器對所述座椅底座上的對象的重量響應(yīng)，而且所述控制信號進一步響應(yīng)來自所述重量傳感器的信號。
全文摘要
一種乘車人安全檢測系統(tǒng)(10)，其包括安裝在座椅(18)的椅背(16)之內(nèi)或之上的第一電場傳感器(12)和第二電場傳感器(14)，以及至少一個座椅重量傳感器(22)。第一電場傳感器(12)提供第一電極(38)的中心/椅內(nèi)電容(C
文檔編號B60R21/01GK1639705SQ02821911
公開日2005年7月13日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者詹姆斯·G·斯坦利 申請人:汽車系統(tǒng)實驗室公司