專利名稱：用于確定頭部支撐件位置與目標(biāo)位置的偏差的傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定機(jī)動(dòng)車座椅的頭部支撐件的位置與目標(biāo)位置的偏差的傳感器裝置。
背景技術(shù)：
在機(jī)動(dòng)車座椅中，頭部支撐件用于在碰撞情況下支撐使用座椅的車輛乘員的頭部，從而防止頸椎向后折斷。但是，只有當(dāng)頭部支撐件相對(duì)于豎直頭部位置調(diào)節(jié)到正確高度時(shí)才能實(shí)現(xiàn)由頭部支撐件實(shí)現(xiàn)的完全程度的增加的安全性，使得在碰撞情況下，頭部大體上撞擊為此目的而設(shè)置的頭部支撐件的中心。另一方面，不正確調(diào)節(jié)的頭部支撐件在碰撞情況下可能造成頸部和頭部區(qū)域受傷。為了最小化頭部受傷的危險(xiǎn)，比如當(dāng)頭部撞擊頭部支撐件時(shí)的腦震蕩，頭部支撐件也應(yīng)在水平方向盡可能靠近車輛乘員的頭部且仍實(shí)現(xiàn)未受阻礙的頭部移動(dòng)。為了正確地定位頭部支撐件，頭部支撐件通常在豎直方向上能調(diào)節(jié)且在一定程度上也能相對(duì)于座椅靠背在水平方向上調(diào)節(jié)。在高端機(jī)動(dòng)車座椅中，頭部支撐件的調(diào)節(jié)通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了避免頭部支撐件的不正確定位，現(xiàn)代頭部支撐件調(diào)節(jié)裝置有時(shí)配備有傳感器裝置，該傳感器裝置檢測(cè)車輛乘員相對(duì)于相關(guān)的頭部支撐件的頭部位置。例如，由EP 1 857 318 A2已知的頭部支撐件調(diào)節(jié)裝置配備有結(jié)合到頭部支撐件中的電容接近傳感器形式的傳感器裝置。接近傳感器包括在頭部支撐件前部在豎直方向上彼此相距一定距離布置的三個(gè)電極。兩個(gè)外電極用作發(fā)射電極以在位于頭部支撐件前部的空間區(qū)域中發(fā)射交變電場(chǎng)。 中間電極用作公共接收電極，用于測(cè)量在每個(gè)發(fā)射電極與接收電極之間形成的電容。已知的調(diào)節(jié)裝置利用了以下物理效應(yīng)，即，當(dāng)頭部存在于交變電場(chǎng)中時(shí)電極裝置的電容以特征性方式改變。通過比較配屬于兩個(gè)發(fā)射電極中的每個(gè)的電容值來確定相對(duì)于車輛乘員頭部的頭部支撐件位置與預(yù)定的豎直目標(biāo)位置的偏差。這些電容值相等的頭部支撐件位置被檢測(cè)作為頭部支撐件的目標(biāo)位置。此外還由FR 2 884 775 Al和DE 199 16 804 Cl已知具有電容接近傳感器的相似傳感器裝置，該電容接近傳感器包括用于檢測(cè)頭部相對(duì)于頭部支撐件的位置的三個(gè)電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)了的用于頭部支撐件的傳感器裝置。該目的根據(jù)本發(fā)明由權(quán)利要求1的特征來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置用于確定機(jī)動(dòng)車座椅的頭部支撐件的位置與目標(biāo)位置的偏差的傳感器裝置包括電容式接近傳感器，該電容式接近傳感器被結(jié)合到頭部支撐件中或設(shè)置以用于結(jié)合到頭部支撐件中，該接近傳感器包括彼此相距一定豎直距離布置的兩個(gè)發(fā)射電極以及公共接收電極，該接收電極優(yōu)選地近
3似地布置在兩個(gè)發(fā)射電極之間的中間。傳感器裝置還包括控制單元。該控制單元被配置成使用電路裝置或編程裝置致動(dòng)發(fā)射電極以發(fā)射交變電場(chǎng)?？刂茊卧€被配置用于評(píng)估電接收信號(hào)，該電接收信號(hào)由接收電極檢測(cè)且每個(gè)包含關(guān)于在發(fā)射電極中的一個(gè)和公共接收電極之間形成的電容的信息項(xiàng)，且在該評(píng)估過程中，確定相對(duì)于車輛乘員的頭部位置而提供的頭部支撐件位置與目標(biāo)位置的豎直和水平偏差尺寸。控制單元還被配置成基于配屬于兩個(gè)發(fā)射電極中的每個(gè)的接收信號(hào)之差來確定頭部支撐件位置的豎直偏差尺寸，并且基于這些信號(hào)之和來確定頭部支撐件位置的水平偏差尺寸。替代地，根據(jù)本發(fā)明，控制單元還被設(shè)定成在形成所述和或所述差時(shí)使用由接收信號(hào)得出的變量來代替接收信號(hào)本身。在本發(fā)明的有利實(shí)施方式中，控制單元因而通過形成由接收信號(hào)得出的兩個(gè)電容值之差而確定頭部支撐件位置的豎直偏差尺寸，其中每個(gè)信號(hào)配屬于兩個(gè)發(fā)射電極之一。而且，控制單元優(yōu)選地通過形成這兩個(gè)電容值之和而確定頭部支撐件位置的水平偏差尺寸。所述和和/或所述差利用硬件級(jí)上的電路裝置、比如借助于(特別是模擬)差分電路或加法電路形成，或者利用編程裝置、即在硬件級(jí)上利用數(shù)字化測(cè)量的變量的數(shù)值加法或減法。通過考慮和測(cè)量結(jié)果，在調(diào)節(jié)水平頭部支撐件位置中尤其實(shí)現(xiàn)了增加的傳感器范圍。本發(fā)明還以等同的方式適用于這樣一種傳感器裝置，該傳感器裝置的電容式接近傳感器包括彼此相距一定豎直距離布置的兩個(gè)接收電極以及一個(gè)公共發(fā)射電極，該發(fā)射電極具體地布置在這兩個(gè)接收電極之間的中間。在該情形中，控制單元被配置用于致動(dòng)公共發(fā)射電極以發(fā)射交變電場(chǎng)，并以上述方式評(píng)估由兩個(gè)接收電極中的每一個(gè)檢測(cè)到的電接收信號(hào)。


本發(fā)明的示例性實(shí)施方式在下面基于附圖更詳細(xì)地進(jìn)行說明，其中圖1顯示了頭部支撐件的示意性框圖，該頭部支撐件具有配備的調(diào)節(jié)裝置以及用于確定頭部支撐件位置與目標(biāo)位置的偏差的傳感器裝置；并且圖2顯示了傳感器裝置的電容式接近傳感器(包括位于接近開關(guān)前方的車輛乘員的頭部)以及由接近開關(guān)發(fā)射的電場(chǎng)的場(chǎng)曲線的示意性側(cè)視圖。在所有圖中相應(yīng)的部件和變量始終設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式圖1示出了機(jī)動(dòng)車座椅(沒有詳細(xì)示出)的頭部支撐件1的粗略示意圖。頭部支撐件1以常見方式附接到機(jī)動(dòng)車座椅靠背的上端，且其能相對(duì)于靠背獨(dú)立地在豎直方向Z 上可逆地調(diào)節(jié)，并且也能在水平方向χ上可逆地調(diào)節(jié)(圖2)。當(dāng)機(jī)動(dòng)車座椅正確地安裝在機(jī)動(dòng)車中時(shí)，豎直方向ζ關(guān)于周圍空間至少處于大體垂直。但是，豎直方向也可關(guān)于空間垂線略微傾斜。當(dāng)機(jī)動(dòng)車座椅被安裝時(shí)，水平方向X近似平行于機(jī)動(dòng)車的縱向軸線定向且因而平行于行進(jìn)方向定向。然而，水平方向X可相對(duì)于空間水平線略微傾斜。具體地，豎直方向ζ和水平方向χ近似相互垂直地定位。在根據(jù)圖 1的圖示中，水平方向X垂直于投影平面。
頭部支撐件1能借助于配備的調(diào)節(jié)裝置2通過電動(dòng)機(jī)裝置在豎直方向ζ和水平方向X上進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)裝置2包括第一伺服電動(dòng)機(jī)3，該第一伺服電動(dòng)機(jī)3經(jīng)配備的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)4連接到頭部支撐件1，用于頭部支撐件1的豎直調(diào)節(jié)。對(duì)于頭部支撐件1的水平調(diào)節(jié)， 調(diào)節(jié)裝置2包括另一伺服電動(dòng)機(jī)5，該另一伺服電動(dòng)機(jī)5則經(jīng)配備的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6作用于頭部支撐件1。伺服電動(dòng)機(jī)3具體地被布置在機(jī)動(dòng)車座椅的靠背中，且借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)4作用于橫檔上，該橫檔用于以常見方式將頭部支撐件1錨固到靠背中。另一方面，伺服電動(dòng)機(jī)5優(yōu)選地結(jié)合到頭部支撐件1中，頭部支撐件1的向前面向的前部借助于配備的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6相對(duì)于錨固在靠背上的頭部支撐件1的后部能水平地調(diào)節(jié)。為了致動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)3和5，調(diào)節(jié)裝置2包括配備的電動(dòng)機(jī)控制單元7，該電動(dòng)機(jī)控制單元7比如大體上由微控制器和其中執(zhí)行的控制軟件形成，且通過分別輸出對(duì)應(yīng)的控制電流11和12而致動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)3和5。如果座椅被車輛使用者占據(jù)，則該座椅所配備的頭部支撐件1必須被正確地調(diào)節(jié)到豎直目標(biāo)位置，在該豎直目標(biāo)位置中，座椅使用者的頭部K (圖幻的眼-耳線近似與頭部支撐件1的表面中心處于相同的高度。關(guān)于其水平調(diào)節(jié)路徑，頭部支撐件1必須被正確地調(diào)節(jié)到水平目標(biāo)位置，在該水平目標(biāo)位置中，頭部支撐件1和頭部K之間的距離最大為5cm， 優(yōu)選地約為2cm至3cm。頭部支撐件1配備有傳感器裝置10，以自動(dòng)地確定這些(豎直和水平)目標(biāo)位置。傳感器裝置10包括電容式接近傳感器11。該接近傳感器11由三個(gè)縱向電極條組成，這三個(gè)縱向電極條由導(dǎo)電的柔性材料制成，其被結(jié)合到頭部支撐件1的前部。 這些電極條設(shè)置成以平行方向位于彼此之上且關(guān)于其縱向延伸彼此相距一定距離，并且包括下發(fā)射電極12、上發(fā)射電極13以及公共接收電極14，該公共接收電極14位于兩個(gè)發(fā)射電極12和13之間的中間且距兩個(gè)發(fā)射電極12和13 —定距離。傳感器裝置10還包括傳感器控制單元15，該傳感器控制單元15又由微控制器或 ASIC形成且優(yōu)選地結(jié)合到頭部支撐件1中。在傳感器裝置10的操作期間，傳感器裝置15通過時(shí)分多路轉(zhuǎn)換、即在時(shí)間上交替，分別借助于交變電壓Ul和U2來控制發(fā)射電極12和13，基于此，發(fā)射電極12和13各自在位于接近傳感器11(圖幻前方的空間16中產(chǎn)生交變電場(chǎng)Fl和F2。這些交變電場(chǎng)Fl和 F2的空間發(fā)展用圖2的粗略的示意圖表示。根據(jù)圖2，每個(gè)發(fā)射電極12和13與公共接收電極14 一起形成電容器，該電容器由電容Cl或C2來表征。圖2還顯示了坐在車輛座椅中的車輛乘員的頭部K在一定程度上還作為發(fā)射電極12和13的反電極，這是由于人體的接地效應(yīng)，該效應(yīng)在一定程度上總是存在，且基于該效應(yīng)繪出了形成在發(fā)射電極12和13中的每個(gè)和接收電極14之間的場(chǎng)Fl或F2的一部分。頭部K越靠近配備的發(fā)射電極12或13， 就越大程度地降低可測(cè)量的電容Cl和C2。傳感器單元10利用該物理規(guī)律檢測(cè)頭部相對(duì)于頭部支撐件1的位置，且因而確定瞬時(shí)的頭部支撐件位置與指定的目標(biāo)位置的偏差。傳感器控制單元15檢測(cè)電壓和電流形式的接收信號(hào)El和E2，該接收信號(hào)El和E2在交變電場(chǎng)Fl和F2的作用下在接收電極14
中產(chǎn)生。傳感器控制單元15分別由接收信號(hào)El和E2計(jì)算具有的電容Cl和C2，并且由此確定瞬時(shí)的頭部支撐件位置與豎直目標(biāo)位置的豎直偏差的尺寸(下文稱為豎直偏差尺寸 Δ ζ)以及瞬時(shí)的頭部支撐件位置與水平目標(biāo)位置的水平偏差的尺寸(下文稱為水平偏差尺寸Δχ)。傳感器控制單元15基于Cl和C2之間形成的差來確定豎直偏差尺寸Δ ζ Δ ζ = C1-C2傳感器控制單元15基于電容Cl和C2之和來確定水平偏差尺寸Δ χ Δ χ = C1+C2電容Cl和C2及其偏差尺寸Δζ和Δ χ借助于傳感器控制單元15中存儲(chǔ)的控制軟件來進(jìn)行數(shù)字計(jì)算。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，傳感器控制單元15根據(jù)偏差尺寸Δζ和Δ χ來控制光學(xué)和/或聲學(xué)指示，這使得車輛乘員能通過手動(dòng)輸入控制命令而將頭部支撐件1調(diào)節(jié)到豎直和水平目標(biāo)位置。在圖1所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，傳感器控制單元15通過將偏差尺寸Δζ和Ax傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)控制單元7而直接地控制調(diào)節(jié)裝置2。此外，傳感器控制單元15將檢測(cè)信號(hào)S 傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)控制單元7，電動(dòng)機(jī)控制單元7指示頭部K存在于接近傳感器11的檢測(cè)場(chǎng)中。 如果電容Cl和C2中的至少一個(gè)降低到預(yù)定的閥值，則發(fā)射檢測(cè)信號(hào)S。根據(jù)以下搜索方法來調(diào)節(jié)頭部支撐件1 電動(dòng)機(jī)控制單元7首先開始豎直搜索過程。為此，電動(dòng)機(jī)控制單元7通過相應(yīng)地致動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)3而從初始位置向上移動(dòng)頭部支撐件1，在初始位置中，頭部支撐件1位于其在豎直方向ζ上的調(diào)節(jié)路徑的底部終止處以及其在水平方向χ上的調(diào)節(jié)路徑的后部終止處。在搜索過程期間，只要傳感器控制單元15同時(shí)接收檢測(cè)信號(hào)S，電動(dòng)機(jī)控制單元7便連續(xù)地或以規(guī)則的間隔檢測(cè)由傳感器控制單元15提供的偏差尺寸Δζ，并且當(dāng)偏差尺寸Δζ 在預(yù)定容限內(nèi)達(dá)到零值或改變符號(hào)時(shí)停止豎直調(diào)節(jié)。相反地，如果電動(dòng)機(jī)控制單元7未能在頭部支撐件1的整個(gè)豎直調(diào)節(jié)路徑中從傳感器控制單元15接收到檢測(cè)信號(hào)S，則電動(dòng)機(jī)控制單元7通過致動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)5而使頭部支撐件1向前移動(dòng)預(yù)定距離并且重復(fù)豎直搜索過程。如果在頭部支撐件1的整個(gè)豎直和水平調(diào)節(jié)范圍內(nèi)沒有檢測(cè)到頭部K，則電動(dòng)機(jī)控制單元7將頭部支撐件1移動(dòng)到預(yù)定的默認(rèn)位置(安全位置)，特別是所謂的2/3位置，在該位置中，頭部支撐件1在水平方向χ上被設(shè)定到縮回位置以及在豎直方向ζ上被設(shè)定到延伸到其豎直調(diào)節(jié)路徑的約2/3的位置。相反地，如果傳感器裝置10在豎直搜索過程期間檢測(cè)到頭部K的存在，且電動(dòng)機(jī)控制單元7相應(yīng)地將頭部支撐件1設(shè)定到豎直目標(biāo)位置，則電動(dòng)機(jī)控制單元7開始水平搜索過程，在此期間，電動(dòng)機(jī)控制單元7通過致動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)5而在水平方向χ上向前移動(dòng)頭部支撐件1。電動(dòng)機(jī)控制單元7檢測(cè)偏差尺寸Δ χ，并且如果偏差尺寸Δ χ達(dá)到或超過相關(guān)的閥值則停止頭部支撐件調(diào)節(jié)。在搜索方法的改進(jìn)的變型中，電動(dòng)機(jī)控制單元7總是由瞬時(shí)的頭部支撐件位置起開始搜索過程。頭部支撐件1因而不是首先被移動(dòng)到上面描述的初始位置。此外，電動(dòng)機(jī)控制單元7優(yōu)選地同時(shí)執(zhí)行水平和豎直搜索過程。因而，只要傳感器控制單元15檢測(cè)到頭部K的存在，頭部支撐件1便在最短的距離內(nèi)移動(dòng)到目標(biāo)位置，即通過同時(shí)在豎直方向ζ和水平方向χ上進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果沒有檢測(cè)到頭部K，則電動(dòng)機(jī)控制單元7首先在豎直方向ζ上向上移動(dòng)頭部支撐件1，隨后如果需要的話再次退回去。如果在頭部支撐件1的整個(gè)豎直調(diào)節(jié)路徑中沒有檢測(cè)到頭部K，則電動(dòng)機(jī)控制單元7再次將頭部支撐件1移動(dòng)到默認(rèn)位置。
當(dāng)機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)被致動(dòng)時(shí)，默認(rèn)執(zhí)行上述搜索方法。在車輛運(yùn)行期間，其任選地以規(guī)則的間隔和/或應(yīng)車輛乘員的要求進(jìn)行重復(fù)。在本發(fā)明的替代的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)控制單元7和傳感器控制單元15也可結(jié)合到公共部件中，特別地公共微控制器，且如果必要結(jié)合到公共軟件模塊中。而且，和和/或差的形成也可借助于電路在硬件級(jí)上執(zhí)行。特別地，兩個(gè)發(fā)射電極12和13可被控制而用于和的形成。接近傳感器11還可包括多于兩個(gè)發(fā)射電極，比如四個(gè)發(fā)射電極。在該情形，在差或和的形成中處理相應(yīng)地較大數(shù)量的接收信號(hào)或由其得出的變量，特別地由每個(gè)接收信號(hào)
得出的電容。
附圖標(biāo)記列表
1頭部支撐件
2調(diào)節(jié)裝置
3伺服電動(dòng)機(jī)
4調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
5伺服電動(dòng)機(jī)
6調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
7電動(dòng)機(jī)控制單元
10傳感器裝置
11接近傳感器
12發(fā)射電極
13發(fā)射電極
14接收電極
15傳感器控制單元
16空間
C1、C2電容
E1、E2接收信號(hào)
F1、F2交變電場(chǎng)
11、12控制電流
K頭部
S檢測(cè)信號(hào)
U1、U2交變電壓
χ水平方向
ζ豎直方向
ΔΖ、Δ χ偏差尺寸
權(quán)利要求
1.一種傳感器裝置(10)，用于確定機(jī)動(dòng)車座椅的頭部支撐件(1)的位置與目標(biāo)位置的偏差，所述傳感器裝置(10)包括-電容式接近傳感器(11)，所述電容式接近傳感器(11)被結(jié)合或能結(jié)合到所述頭部支撐件(1)中，且具有彼此相距一定豎直距離布置的兩個(gè)發(fā)射電極(12、1；3)，以及公共接收電極(14)，以及-控制單元(15)，所述控制單元(1 被配置用于致動(dòng)所述發(fā)射電極(12、13)以發(fā)射交變電場(chǎng)(F1、F2)，基于電接收信號(hào)(E1、E》來確定相對(duì)于車輛乘員頭部(K)的位置的頭部支撐件位置與預(yù)定目標(biāo)位置的豎直和水平偏差尺寸(Δζ、ΔΧ)，所述電接收信號(hào)(Ε1、Ε2) 由所述接收電極(14)檢測(cè)并且包含關(guān)于在所述發(fā)射電極(12、1；3)和所述接收電極(14)之間形成的電容(C1、C2)的信息項(xiàng)，基于配屬于所述兩個(gè)發(fā)射電極(12、13)的接收信號(hào)(E1、E2)之差或由該接收信號(hào)得出的變量(C1、U)之差來確定所述頭部支撐件位置的豎直偏差尺寸(Δζ)，并且基于配屬于所述兩個(gè)發(fā)射電極(12、13)的接收信號(hào)(Ε1、Ε2)之和或由該接收信號(hào)得出的變量(C1、U)之和來確定所述頭部支撐件位置的水平偏差尺寸(Δχ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(10)，其中，所述控制單元(1 包括用于形成所述和和/或所述差的電路裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(10)，其中，所述控制單元(1 包括用于形成所述和和/或所述差的編程裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的傳感器裝置(10)，用于確定機(jī)動(dòng)車座椅的頭部支撐件(1)的位置與目標(biāo)位置的偏差，其包括電容式接近傳感器(11)，該電容式接近傳感器(11)被結(jié)合或能結(jié)合到頭部支撐件(1)中，包括彼此相距一定豎直距離布置的兩個(gè)發(fā)射電極(12、13)、以及公共接收電極(14)。傳感器裝置(1)還包括控制單元(15)?？刂茊卧?15)被設(shè)置用于致動(dòng)發(fā)射電極(12、13)以發(fā)射交變電場(chǎng)(F 1、F2)，基于由接收電極(14)捕獲并且包含關(guān)于在發(fā)射電極(12、13)中的每一個(gè)和接收電極(14)之間形成的電容的信息的接收電信號(hào)(E1、E2)，確定相對(duì)于車輛乘員頭部(K)的位置的頭部支撐件位置與目標(biāo)位置的豎直和水平偏差尺寸(Δz、Δx)，利用與兩個(gè)發(fā)射電極相關(guān)的接收信號(hào)(E1、E2)之差或由其得出的參數(shù)(C1、C2)之差確定頭部支撐件位置的豎直偏差尺寸(Δz)，并且利用與兩個(gè)發(fā)射電極(12、13)相關(guān)的接收信號(hào)(E1、E2)之和或由其得出的參數(shù)(C1、C2)之和確定頭部支撐件位置的水平偏差尺寸(Δx)。
文檔編號(hào)B60N2/48GK102317112SQ201080008116
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者托比亞斯·霍夫曼, 霍爾格·維斯特萊恩 申請(qǐng)人:博澤哈爾施塔特汽車零件兩合公司