用于确定头部支撑件位置与目标位置的偏差的传感器装置

摘要

本发明涉及一种改进的传感器装置(10)，用于确定机动车座椅的头部支撑件(1)的位置与目标位置的偏差，其包括电容式接近传感器(11)，该电容式接近传感器(11)被结合或能结合到头部支撑件(1)中，包括彼此相距一定竖直距离布置的两个发射电极(12、13)、以及公共接收电极(14)。传感器装置(1)还包括控制单元(15)。控制单元(15)被设置用于致动发射电极(12、13)以发射交变电场(F 1、F2)，基于由接收电极(14)捕获并且包含关于在发射电极(12、13)中的每一个和接收电极(14)之间形成的电容的信息的接收电信号(E1、E2)，确定相对于车辆乘员头部(K)的位置的头部支撑件位置与目标位置的竖直和水平偏差尺寸(Δz、Δx)，利用与两个发射电极相关的接收信号(E1、E2)之差或由其得出的参数(C1、C2)之差确定头部支撑件位置的竖直偏差尺寸(Δz)，并且利用与两个发射电极(12、13)相关的接收信号(E1、E2)之和或由其得出的参数(C1、C2)之和确定头部支撑件位置的水平偏差尺寸(Δx)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定机动车座椅的头部支撑件的位置与目标 位置的偏差的传感器装置。

背景技术

在机动车座椅中，头部支撑件用于在碰撞情况下支撑使用座椅的 车辆乘员的头部，从而防止颈椎向后折断。但是，只有当头部支撑件 相对于竖直头部位置调节到正确高度时才能实现由头部支撑件实现的 完全程度的增加的安全性，使得在碰撞情况下，头部大体上撞击为此 目的而设置的头部支撑件的中心。另一方面，不正确调节的头部支撑 件在碰撞情况下可能造成颈部和头部区域受伤。为了最小化头部受伤 的危险，比如当头部撞击头部支撑件时的脑震荡，头部支撑件也应在 水平方向尽可能靠近车辆乘员的头部且仍实现未受阻碍的头部移动。

为了正确地定位头部支撑件，头部支撑件通常在竖直方向上能调 节且在一定程度上也能相对于座椅靠背在水平方向上调节。在高端机 动车座椅中，头部支撑件的调节通常由电动机驱动。

为了避免头部支撑件的不正确定位，现代头部支撑件调节装置有 时配备有传感器装置，该传感器装置检测车辆乘员相对于相关的头部 支撑件的头部位置。例如，由EP 1 857 318 A2已知的头部支撑件调节 装置配备有结合到头部支撑件中的电容接近传感器形式的传感器装 置。接近传感器包括在头部支撑件前部在竖直方向上彼此相距一定距 离布置的三个电极。两个外电极用作发射电极以在位于头部支撑件前 部的空间区域中发射交变电场。中间电极用作公共接收电极，用于测 量在每个发射电极与接收电极之间形成的电容。已知的调节装置利用 了以下物理效应，即，当头部存在于交变电场中时电极装置的电容以 特征性方式改变。通过比较配属于两个发射电极中的每个的电容值来 确定相对于车辆乘员头部的头部支撑件位置与预定的竖直目标位置的 偏差。这些电容值相等的头部支撑件位置被检测作为头部支撑件的目 标位置。

此外还由FR 2 884 775 A1和DE 199 16 804 C1已知具有电容接近 传感器的相似传感器装置，该电容接近传感器包括用于检测头部相对 于头部支撑件的位置的三个电极。

发明内容

本发明的目的是提供一种相对于现有技术改进了的用于头部支撑 件的传感器装置。

该目的根据本发明由权利要求1的特征来实现。根据本发明，设 置用于确定机动车座椅的头部支撑件的位置与目标位置的偏差的传感 器装置包括电容式接近传感器，该电容式接近传感器被结合到头部支 撑件中或设置以用于结合到头部支撑件中，该接近传感器包括彼此相 距一定竖直距离布置的两个发射电极以及公共接收电极，该接收电极 优选地近似地布置在两个发射电极之间的中间。传感器装置还包括控 制单元。该控制单元被配置成使用电路装置或编程装置致动发射电极 以发射交变电场。控制单元还被配置用于评估电接收信号，该电接收 信号由接收电极检测且每个包含关于在发射电极中的一个和公共接收 电极之间形成的电容的信息项，且在该评估过程中，确定相对于车辆 乘员的头部位置而提供的头部支撑件位置与目标位置的竖直和水平偏 差尺寸。

控制单元还被配置成基于配属于两个发射电极中的每个的接收信 号之差来确定头部支撑件位置的竖直偏差尺寸，并且基于这些信号之 和来确定头部支撑件位置的水平偏差尺寸。替代地，根据本发明，控 制单元还被设定成在形成所述和或所述差时使用由接收信号得出的变 量来代替接收信号本身。在本发明的有利实施方式中，控制单元因而 通过形成由接收信号得出的两个电容值之差而确定头部支撑件位置的 竖直偏差尺寸，其中每个信号配属于两个发射电极之一。而且，控制 单元优选地通过形成这两个电容值之和而确定头部支撑件位置的水平 偏差尺寸。

所述和和/或所述差利用硬件级上的电路装置、比如借助于(特别 是模拟)差分电路或加法电路形成，或者利用编程装置、即在硬件级 上利用数字化测量的变量的数值加法或减法。通过考虑和测量结果， 在调节水平头部支撑件位置中尤其实现了增加的传感器范围。

本发明还以等同的方式适用于这样一种传感器装置，该传感器装 置的电容式接近传感器包括彼此相距一定竖直距离布置的两个接收电 极以及一个公共发射电极，该发射电极具体地布置在这两个接收电极 之间的中间。在该情形中，控制单元被配置用于致动公共发射电极以 发射交变电场，并以上述方式评估由两个接收电极中的每一个检测到 的电接收信号。

附图说明

本发明的示例性实施方式在下面基于附图更详细地进行说明，其 中：

图1显示了头部支撑件的示意性框图，该头部支撑件具有配备的 调节装置以及用于确定头部支撑件位置与目标位置的偏差的传感器装 置；并且

图2显示了传感器装置的电容式接近传感器(包括位于接近开关 前方的车辆乘员的头部)以及由接近开关发射的电场的场曲线的示意 性侧视图。

在所有图中相应的部件和变量始终设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了机动车座椅(没有详细示出)的头部支撑件1的粗略 示意图。头部支撑件1以常见方式附接到机动车座椅靠背的上端，且 其能相对于靠背独立地在竖直方向z上可逆地调节，并且也能在水平方 向x上可逆地调节(图2)。

当机动车座椅正确地安装在机动车中时，竖直方向z关于周围空 间至少处于大体垂直。但是，竖直方向也可关于空间垂线略微倾斜。 当机动车座椅被安装时，水平方向x近似平行于机动车的纵向轴线定 向且因而平行于行进方向定向。然而，水平方向x可相对于空间水平 线略微倾斜。具体地，竖直方向z和水平方向x近似相互垂直地定位。 在根据图1的图示中，水平方向x垂直于投影平面。

头部支撑件1能借助于配备的调节装置2通过电动机装置在竖直 方向z和水平方向x上进行调节。调节装置2包括第一伺服电动机3， 该第一伺服电动机3经配备的调节机构4连接到头部支撑件1，用于头 部支撑件1的竖直调节。对于头部支撑件1的水平调节，调节装置2 包括另一伺服电动机5，该另一伺服电动机5则经配备的调节机构6作 用于头部支撑件1。伺服电动机3具体地被布置在机动车座椅的靠背中， 且借助于调节机构4作用于横档上，该横档用于以常见方式将头部支 撑件1锚固到靠背中。另一方面，伺服电动机5优选地结合到头部支 撑件1中，头部支撑件1的向前面向的前部借助于配备的调节机构6 相对于锚固在靠背上的头部支撑件1的后部能水平地调节。

为了致动伺服电动机3和5，调节装置2包括配备的电动机控制 单元7，该电动机控制单元7比如大体上由微控制器和其中执行的控制 软件形成，且通过分别输出对应的控制电流11和12而致动伺服电动 机3和5。

如果座椅被车辆使用者占据，则该座椅所配备的头部支撑件1必 须被正确地调节到竖直目标位置，在该竖直目标位置中，座椅使用者 的头部K(图2)的眼-耳线近似与头部支撑件1的表面中心处于相同 的高度。关于其水平调节路径，头部支撑件1必须被正确地调节到水 平目标位置，在该水平目标位置中，头部支撑件1和头部K之间的距 离最大为5cm，优选地约为2cm至3cm。头部支撑件1配备有传感器 装置10，以自动地确定这些(竖直和水平)目标位置。传感器装置10 包括电容式接近传感器11。该接近传感器11由三个纵向电极条组成， 这三个纵向电极条由导电的柔性材料制成，其被结合到头部支撑件1 的前部。这些电极条设置成以平行方向位于彼此之上且关于其纵向延 伸彼此相距一定距离，并且包括下发射电极12、上发射电极13以及公 共接收电极14，该公共接收电极14位于两个发射电极12和13之间的 中间且距两个发射电极12和13一定距离。

传感器装置10还包括传感器控制单元15，该传感器控制单元15 又由微控制器或ASIC形成且优选地结合到头部支撑件1中。

在传感器装置10的操作期间，传感器装置15通过时分多路转换、 即在时间上交替，分别借助于交变电压U1和U2来控制发射电极12 和13，基于此，发射电极12和13各自在位于接近传感器11(图2) 前方的空间16中产生交变电场F1和F2。这些交变电场F1和F2的空 间发展用图2的粗略的示意图表示。根据图2，每个发射电极12和13 与公共接收电极14一起形成电容器，该电容器由电容C1或C2来表征。 图2还显示了坐在车辆座椅中的车辆乘员的头部K在一定程度上还作 为发射电极12和13的反电极，这是由于人体的接地效应，该效应在 一定程度上总是存在，且基于该效应绘出了形成在发射电极12和13 中的每个和接收电极14之间的场F1或F2的一部分。头部K越靠近配 备的发射电极12或13，就越大程度地降低可测量的电容C1和C2。

传感器单元10利用该物理规律检测头部相对于头部支撑件1的位 置，且因而确定瞬时的头部支撑件位置与指定的目标位置的偏差。传 感器控制单元15检测电压和电流形式的接收信号E1和E2，该接收信 号E1和E2在交变电场F1和F2的作用下在接收电极14中产生。

传感器控制单元15分别由接收信号E1和E2计算具有的电容C1 和C2，并且由此确定瞬时的头部支撑件位置与竖直目标位置的竖直偏 差的尺寸(下文称为竖直偏差尺寸Δz)以及瞬时的头部支撑件位置与 水平目标位置的水平偏差的尺寸(下文称为水平偏差尺寸Δx)。

传感器控制单元15基于C1和C2之间形成的差来确定竖直偏差 尺寸Δz：

Δz＝C1-C2

传感器控制单元15基于电容C1和C2之和来确定水平偏差尺寸 Δx：

Δx＝C1+C2

电容C1和C2及其偏差尺寸Δz和Δx借助于传感器控制单元15 中存储的控制软件来进行数字计算。

在最简单的实施方式中，传感器控制单元15根据偏差尺寸Δz和 Δx来控制光学和/或声学指示，这使得车辆乘员能通过手动输入控制命 令而将头部支撑件1调节到竖直和水平目标位置。

在图1所示的优选实施方式中，传感器控制单元15通过将偏差尺 寸Δz和Δx传输到电动机控制单元7而直接地控制调节装置2。此外， 传感器控制单元15将检测信号S传输到电动机控制单元7，电动机控 制单元7指示头部K存在于接近传感器11的检测场中。如果电容C1 和C2中的至少一个降低到预定的阀值，则发射检测信号S。

根据以下搜索方法来调节头部支撑件1：

电动机控制单元7首先开始竖直搜索过程。为此，电动机控制单 元7通过相应地致动伺服电动机3而从初始位置向上移动头部支撑件 1，在初始位置中，头部支撑件1位于其在竖直方向z上的调节路径的 底部终止处以及其在水平方向x上的调节路径的后部终止处。在搜索 过程期间，只要传感器控制单元15同时接收检测信号S，电动机控制 单元7便连续地或以规则的间隔检测由传感器控制单元15提供的偏差 尺寸Δz，并且当偏差尺寸Δz在预定容限内达到零值或改变符号时停止 竖直调节。

相反地，如果电动机控制单元7未能在头部支撑件1的整个竖直 调节路径中从传感器控制单元15接收到检测信号S，则电动机控制单 元7通过致动伺服电动机5而使头部支撑件1向前移动预定距离并且 重复竖直搜索过程。如果在头部支撑件1的整个竖直和水平调节范围 内没有检测到头部K，则电动机控制单元7将头部支撑件1移动到预 定的默认位置(安全位置)，特别是所谓的2/3位置，在该位置中，头 部支撑件1在水平方向x上被设定到缩回位置以及在竖直方向z上被设 定到延伸到其竖直调节路径的约2/3的位置。

相反地，如果传感器装置10在竖直搜索过程期间检测到头部K的 存在，且电动机控制单元7相应地将头部支撑件1设定到竖直目标位 置，则电动机控制单元7开始水平搜索过程，在此期间，电动机控制 单元7通过致动伺服电动机5而在水平方向x上向前移动头部支撑件1。 电动机控制单元7检测偏差尺寸Δx，并且如果偏差尺寸Δx达到或超 过相关的阀值则停止头部支撑件调节。

在搜索方法的改进的变型中，电动机控制单元7总是由瞬时的头 部支撑件位置起开始搜索过程。头部支撑件1因而不是首先被移动到 上面描述的初始位置。此外，电动机控制单元7优选地同时执行水平 和竖直搜索过程。因而，只要传感器控制单元15检测到头部K的存在， 头部支撑件1便在最短的距离内移动到目标位置，即通过同时在竖直 方向z和水平方向x上进行调节。如果没有检测到头部K，则电动机控 制单元7首先在竖直方向z上向上移动头部支撑件1，随后如果需要的 话再次退回去。如果在头部支撑件1的整个竖直调节路径中没有检测 到头部K，则电动机控制单元7再次将头部支撑件1移动到默认位置。

当机动车发动机被致动时，默认执行上述搜索方法。在车辆运行 期间，其任选地以规则的间隔和/或应车辆乘员的要求进行重复。

在本发明的替代的实施方式中，电动机控制单元7和传感器控制 单元15也可结合到公共部件中，特别地公共微控制器，且如果必要结 合到公共软件模块中。而且，和和/或差的形成也可借助于电路在硬件 级上执行。特别地，两个发射电极12和13可被控制而用于和的形成。

接近传感器11还可包括多于两个发射电极，比如四个发射电极。 在该情形，在差或和的形成中处理相应地较大数量的接收信号或由其 得出的变量，特别地由每个接收信号得出的电容。

附图标记列表

1头部支撑件

2调节装置

3伺服电动机

4调节机构

5伺服电动机

6调节机构

7电动机控制单元

10传感器装置

11接近传感器

12发射电极

13发射电极

14接收电极

15传感器控制单元

16空间

C1、C2电容

E1、E2接收信号

F1、F2交变电场

I1、I2控制电流

K头部

S检测信号

U1、U2交变电压

x水平方向

z竖直方向

Δz、Δx偏差尺寸