CN104394737B - 用于填充和排空座垫的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用流体来填充和排空座椅（10）的至少一个座垫（12）的方法和一种相应的装置，其中，在填充或排空过程中，根据为了填充或排空至少一个座垫（12）而设计的调节元件（16）的开关状态，对在被流体流过的节流部位（20）的上游求取的第一压力值（P_in）和在所述节流部位的下游求取的第二压力值（P_out）进行检测，并且，根据所述第一压力值（P_in）和所述第二压力值（P_out）对输送给至少一个座垫（12）的或从所述座垫排出的流体质量的估计值（m_EST）进行求取。

Description

用于填充和排空座垫的方法和装置

技术领域

本发明涉及用流体来填充和排空座椅的座垫的方法和装置。

背景技术

DE 103 33 204 A1公开了一种用于对可填充有介质的容器进行压力测量的方法。在填充或排空期间，借助于通过压力传感器检测到的压力值，根据为了填充或排空容器而设置的阀门的开关状态来确定修正的内压力。

EP 0 991 342 Bl披露了一种座椅，其具有座垫和包括至少一个调节元件的机构，用于使得坐着的人的骨盆围绕着座垫的纵向中轴线和/或横轴线产生倾斜运动。

DE 690 29 585 T2公开了一种符合人体工程学的抗疲劳装置，其用于使得坐在座位上的人的臀部和下面的中间部位运动。

DE 10 2005 016 974 A1介绍了一种座椅特别是汽车座椅，其具有座架、座垫和在座架与座垫之间的变形元件。在变形元件和座垫之间布置有刚性的支承板。就变形元件的不同改型而言，座位板沿着不同的方向相对于座架倾斜。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种用流体来填充或排空座椅的座垫的方法和一种相应的装置，所述方法或装置可以实现配备有座垫的座椅的简单且成本低廉的结构，且可较好再现地对座垫进行填充。

该目的通过独立权利要求所述的特征来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。

本发明的特征在于一种用流体来填充和排空座椅的至少一个座垫的方法和一种相应的装置。在填充或排空过程中，根据为了填充或排空至少一个座垫而设计的调节元件的开关状态，对在被流体流过的节流部位的上游求取的第一压力值和在节流部位的下游求取的第二压力值进行检测，并且根据第一压力值和第二压力值对输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值进行求取。

这具有以下优点，可以使得用流体填充的座垫达到介于完全填充的座垫和排空的座垫之间的任意中间位置。这可以实现每个座椅具有少量的座垫。由此可以使得用于所需电子设备的费用以及气动的或液压的组件的数量保持很小。由此可以使得相应组件的安装空间保持较小。

在一个有利的设计方案中，调节元件和节流部位相一致，或者形成一个结构单元。这样做具有可以使得气动的或液压的组件的安装空间保持较小的优点。

在另一有利的设计方案中，流体是气态的。其优点是，可以使用易于操纵的气动系统来填充和排空座垫。

在另一有利的设计方案中，流体是液体。其优点是，可以使用易于操纵的液压系统来填充和排空座垫。

在另一有利的设计方案中，根据第二压力值与第一压力值的商值来求取输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值。

在另一有利的设计方案中，在对座垫进行填充时，第一压力值是在流体供给单元的流体输出端上的压力的值，而第二压力值则是在至少一个座垫内的压力的值。这样做具有以下优点：由此可以采用简单的方式求取输送给至少一个座垫的流体质量。

在另一有利的设计方案中，在流体供给单元的流体输出端上的压力值借助于流体供给单元的特征曲线，根据流体供给单元的电特征参数来确定。这样做具有以下优点：可以借助于流体供给单元的电特征参数求取输送给至少一个座垫的流体质量的估计值。

在另一有利的设计方案中，在对至少一个座垫进行排空时，第一压力值是在至少一个座垫内的压力的值，而第二压力值则是外界压力的值。这样做具有以下优点：由此可以采用简单的方式求取从至少一个座垫排出的流体质量。

在另一有利的设计方案中，预先规定待输送给至少一个座垫的或待从所述座垫排出的流体质量的给定值，并且根据待输送给座垫的或待从该座垫排出的流体质量的给定值和已输送给至少一个座垫的或已从所述座垫排出的流体质量的估计值，打开为了填充或排空至少一个座垫而设计的调节元件。这样做具有以下优点：可以使得为了填充或排空至少一个座垫而设计的调节元件打开，直到输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值等于待输送给座垫的或待从该座垫排出的流体质量的给定值。由此可以实现对座垫十分准确地填充或排空。

在另一有利的设计方案中，根据达到最大压力值或者最小压力值、或者达到在至少一个座垫内的压力的时间曲线的阀值、或者达到调节元件的最大操纵时间，对至少一个座垫进行彻底排空或最大程度地填充。

在另一有利的设计方案中，预先规定待输送给至少一个座垫的或待从所述座垫排出的流体质量的最大值，并且根据待输送给至少一个座垫的或待从所述座垫排出的流体质量的最大值和已输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值，打开为了填充或排空至少一个座垫而设计的调节元件。这样做具有以下优点：可以使得为了填充或排空至少一个座垫而设计的调节元件打开，直到至少一个座垫已被最大程度地填充或排空。

在另一有利的设计方案中，根据待输送给至少一个座垫的或待从所述座垫排出的流体质量的估计值和最大值之间的差值，对用于确定输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值的参数进行调整。这样做具有以下优点：在确定输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值时，可以达到较高的准确度。因此可以考虑特别是在节流部位处的变化，或者考虑变化的工作条件，例如压力或流体的温度。

在另一有利的设计方案中，座椅具有至少两个座垫，并且在两个座垫之间气动或液压地布置气动的或液压的阀门，适当操控所述阀门，从而在两个座垫之间至少部分地进行流体补偿。这样做具有可以在两个座垫之间进行体积补偿的优点。

特别地，由此可以节省用于流体供给单元的能量。此外，可以实现流体供给单元的较高的寿命。

根据本发明的另一方面，提出了一种特别是用于实施上述方法的用流体来填充或排空至少一个座垫的装置。在此，所述方法的有利的设计可以在一定程度上应用到该装置上，也可以看作是所述装置的有利的设计。

附图说明

以下借助于示意图对本发明的实施例进行阐述。在附图中：

图1为用于填充和排空座垫的装置的一部分的示意图；

图2为节流部位（Drosselstelle）的示意图；

图3为用于计算分别输送给座垫的或从座垫排出的流体质量的公式；

图4为用于填充和排空座垫的方法的流程图；

图5为用于填充和排空座垫的方法的详细的流程图。

附图标记清单

10 座椅

12 座垫

14 流体供给单元

16 调节元件

18 压力传感器

20 节流部位

22 控制单元

24 测量元件

26 比较部位

28 阀门控制机构

32 乘法元件

34 加法元件

36 比较元件

38 另一比较元件

40 或元件

42 另一乘法元件

52 另一乘法元件

54 另一加法元件

56 另一比较元件

58 另一比较元件

60 另一或元件

62 另一乘法元件

80 阀门

P_in 压力值

P_out 压力值

p0 外界压力

p1、 p2 压力值

dm/dt 质量流量

dt 采样时间

A 20 的横截面积

C_D、Cd_in、Cd_out 20的节流系数

R 气体常数

κ 等熵系数

T 温度

ψ、Psi 参数

m_MAX 质量的最大值

m_EST 质量的估计值

m_SP 质量的给定值

Δm 差值

p_max 最大压力

p_Offset 最小压力

t_max 最大操纵时间

η_in、η_out 权重因数

k_in 修正值 (填充)

k_out 修正值 (排空)

SIG_SW 切换信号

SIG_P 测量信号

具体实施方式

相同结构或功能的元件在这些附图中统一地标有相同的附图标记。

图1示出了具有座椅10的装置。优选地，座椅10被设计用于布置在汽车内。座椅10具有至少一个座垫12。借助于这种座垫12可以实现使得座椅10个性化地适配于乘客，以及特别是在汽车长途旅行时可实现较高的舒适度。借助于座垫12还可以在座椅面的外部区域特别是在座椅10的座椅靠背区实现按摩功能。

优选地，座椅10具有两个座垫12。座椅10也可以仅具有一个单独的座垫12或超过两个座垫12。优选地，座椅10具有偶数个座垫12。座垫12优选地布置在座椅10的左侧或右侧，从而所述座垫可以使得座椅10的一部分产生围绕位于座椅10的纵向中心平面内的轴线的运动。以下假定座椅10具有两个座垫12。

可以借助于流体供给单元14用流体对座垫12进行填充，或者可以使得座垫12排空流体。特别地，流体是气态的，优选为空气。在气动系统的情况下，流体供给单元14优选是一种压缩机。在其它的优选的实施方式中，流体也可以是液体。特别地，在液压系统的情况下，流体供给单元14是一种泵。

为了可以填充或排空座垫12，所述装置具有调节元件16。这些调节元件16优选为阀门。在填充座垫12期间，该座垫液压地或气动地与流体供给单元14相连接。借助于被设计为压缩机的流体供给单元14，可以通过调节元件16为座垫12特别是输送空气。如果座垫12内的压力下降，那么特别地使得座垫12通过调节元件16与外界建立起气动连接，从而使得流体能够从座垫12直接排放至外界。

所述用于填充和排空座垫12的装置还具有压力传感器18。特别地，测量外界的外界压力p0，流体被从座垫12排放至所述外界。此外，测量在流体供给单元14的流体输出端上的压力值p1以及代表在至少一个座垫12内的压力的压力值p2。在另一实施方式中，可以通过对流体供给单元14的已知的特性曲线的分析来间接地确定在流体供给单元14的流体输出端上的压力值p1。特别地，通过流体供给单元14的电流或电压特性曲线来确定在流体供给单元14的流体输出端上的压力值p1。由此可以省去用于直接测量在流体供给单元14的流体输出端上的压力的传感器。

图2示出了被流体流过的节流部位20。参照图1，调节元件16和节流部位20优选都相同。替代地，相应的调节元件16与节流部位20分别构成一个结构单元。在节流部位20的上游检测第一压力值p_in。此外，在节流部位20的下游检测第二压力值p_out。根据图3的公式（1）~（3），在使用参数ψ的情况下，用横截面积A、节流部位20的节流系数CD、气体常数R、等熵系数（Isentropenkoeffizienten）κ和流体的温度T得出流经节流部位20的质量流量dm/dt。

根据图3的公式（4），通过对质量流量dm/dt的积分或累加求取分别输送给座垫12的或从该座垫排出的流体质量。在此，每次填充或排空过程都起始于数值m=0。如果所述过程由多个子过程组成，则这些子过程之间的流体质量的值m就不复位为数值0。

对座垫12的填充或排空优选分多个步骤来进行。在这种情况下，用于部分地填充或排空座垫12的中间步骤与用于完全填充或排空座垫12的最终步骤不同。在进行中间步骤时，预先设定待输送给至少一个座垫12的或待从所述座垫排出的流体质量的给定值m_SP。根据待输送给座垫的或待从该座垫排出的流体质量的给定值m_SP和已输送给至少一个座垫12的或从所述座垫排出的流体质量的估计值m_EST来打开为了填充或排空至少一个座垫12而设计的调节元件16。优选地，根据图3的公式（2），借助于第二压力值p_out与第一压力值p_in的商，对输送给座垫12的或从该座垫排出的流体质量的估计值m_EST进行求取。在替代的实施方式中，也可以根据第二压力值p_out和第一压力值p_in之间的差值来求取输送给座垫12的或从该座垫排出的流体质量的估计值m_EST。在替代的实施方式中，还可以使用一种控制技术的观察器，例如卡尔曼－滤波器，用于确定输送给座垫12的或从该座垫排出的流体质量的估计值m_EST。

如果要对座垫12进行彻底排空或最大限度地填充，那么有利地，这可以通过一个独立的条件来确定，例如达到上限的或下限的最终压力、达到压力梯度dp/dt的阀值或者达到填充或排空过程的时间限制。在其它的实施方式中，也可以采用用于达到座垫12内的最大或最小流体质量的这些条件的不同组合。

在另一设计方案中，也可以彼此交替地以及采用任意顺序进行多个子步骤（填充或排空），而无需将积分复位。在这种情况下，填充步骤和排空步骤的积分估计值m_EST彼此相抵消。由此，例如可以不经过在此期间的最终步骤而重复某一填充状态。

如图4所示，其为用于填充或排空座垫12的简化的流程图，控制单元22作用到调节元件16上。控制单元22可以实现，借助于调节元件16填充或排空座垫12。压力传感器18的测量信号SIG_P连同调节元件16的切换信号SIG_SW一起输送给测量元件24。测量元件24求取输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值m_EST。将已输送给至少一个座垫12的或从所述座垫排出的流体质量的估计值m_EST同待输送给座垫的或待从该座垫排出的流体质量的给定值m_SP在比较部位26处相比较，并且将得到的流体质量差值Δm输送给控制单元22。优选地，控制单元22被构造为三点式控制器。在替代的实施方式中，控制单元22被设计成阈值开关（Schwellwertschaltung）或者被设计成多级的或无级的控制机构。

图5示出了在座椅10的一侧针对对座垫12之一简单地实施的填充或排空座垫12的详细的流程图。第二座垫12与此类似地设计，且在这里仅被指出。在其它实施方式中，也可以使用两个以上的座垫12。

借助于阀门控制机构（Ventilsteuerung）28来操控调节元件16和流体供给单元14，由此实现对至少一个座垫12的填充或排空。由阀门控制机构28来预先规定用于部分填充的流体质量的给定值m_SP。为了填充或排空至少一个座垫12，优选使用节流部位20的模型的不同的参数。特别优选使用用于填充至少一个座垫12的节流系数（Düsenkoeffizient）Cd_in和用于排空所述座垫的节流系数Cd_out 。

为了填充至少一个座垫12，使用压力值p1、p2和根据图3的公式的参数（尤其是采样时间dt、节流部位20的节流系数Cd_in）通过乘法元件32来计算流体的质量流量dm/dt。借助于加法元件34将流体的质量流量dm/dt累加为估计值m_EST。借助比较元件36来检查估计值m_EST是否达到了用于座垫12的部分填充的流体质量的给定值m_SP。为了完全填充座垫12，预先规定待输送给座垫12的流体质量的最大值m_MAX。为了填充座垫12而设计的调节元件16打开，直到从座垫12排出的流体质量的估计值m_EST达到最大值m_MAX。此外，在对座垫12进行部分或完全填充时，在另一比较元件38中检查是否分别达到了座垫12内的最大压力p_max。在或元件40中检查是否满足刚提到的两个条件中的至少一个，或者是否分别达到了最大操纵时间t_max。如果满足所述条件之一，就通过阀门控制机构28终止对座垫12的填充（图5）。采用这种做法可以有利地达到规定的最大填充状态，进而避免估计值m_EST的可能的估计误差的累积。

如虚线所示，还可以使用可介于0和1之间的权重因数η_in来求取修正值k_in。可以使用修正值k_in通过另一乘法元件42对估计值m_EST进行调整。这样就能得到输送给座垫12的流体质量的非常准确的估计值m_EST。

为了排空座垫12，使用压力值p0、p2和根据图3的公式的参数（尤其是采样时间dt、节流部位20的节流系数Cd_out）通过另一乘法元件52来计算质量流量dm/dt。借助于另一加法元件54将质量流量dm/dt累加为估计值m_EST。借助另一比较元件56来检查是否已实现座垫12的部分排空。为了完全排空座垫12，预先规定要从座垫12排出的流体质量的最大值m_MAX。为了排空座垫12而设计的调节元件16打开，直到从座垫12排出的流体质量的估计值m_EST达到最大值m_MAX。此外，在对座垫12进行部分或完全排空时，在另一比较元件58中检查是否分别达到了座垫12内的最小压力p_Offset。在另一或元件60中检查是否满足刚提到的两个条件中的至少一个，或者是否分别达到了最大操纵时间t_max，并且通过阀门控制机构28来终止对座垫12的排空（图5）。采用这种做法可以有利地达到规定的排空状态，进而避免估计值m_EST的可能的估计误差的累积。

如虚线所示，还可以使用可介于0和1之间的权重因数η_out来求取修正值k_out，可以借助于该修正值通过另一乘法元件62对估计值m_EST进行调整。这样就能得到从座垫12输出的流体质量的尽可能准确的估计值m_EST。

由于权重因数η_in、 η_out介于0和1之间，在对估计值m_EST进行调整时就可以避免超调，并且可以过滤掉干扰的影响。

有利地，可用参数预先规定用于部分填充或排空的目标值。由此例如可以十分准确地调整到两个座垫12之间的中间位置。在此尤其可以考虑的是：座垫12内的流体质量与垫子的几何形状之间的关系可以是非线性的，并且沿着不同的方向且在不同的压力水平下进行填充或排空过程。

附加地且有利地，在最终步骤之后，通过将输送给座垫12的或该座垫排出的流体质量的所求取的估计值m_EST与输送给座垫12的或从该座垫排出的流体质量的所期望的最大值m_MAX相比较，可以对计算模型的参数进行调整。这样调整的目的是，对于将来的填充和排空过程来说，可使得这两个值在一个或多个循环过程中彼此接近。由此提高将来的计算步骤的准确度。

如由自适应系统（例如干扰参数观察器、神经网络）已知，既可以借助于三分律法（Dreisatz）也可以借助于自学习算法进行调整。对于各个步骤，可以有利地根据先前的过程以及外界条件预先规定流体质量的目标值。

特别地可以考虑先前的过程和由此确定的模型参数，用来根据部件参数的干扰、根据所述参数在寿命期间的变化以及根据以其它方式变化的工作条件（例如温度或空气压力）来调整系统。

为此，在工作中可以将模型参数非易失性地储存起来，并且在下次填充或排空过程中再次调用。

除了流体质量之外，座垫12的几何形状的改变还与其它参数例如外界压力p0和流体的温度T有关。目标值的起始值最好也根据这些参数来确定。在接通之后第一次循环的偏差由此得到减小，并使得所要调整的范围保持很小。

除了在此所述的具有两个座垫12的实施方式之外，尤其还可以实现具有四个座垫12的设计方案，这些座垫允许分为四个区。这样一来，除了填充或排空右面的或左面的座垫12之外，还可以对前面的或后面的座垫进行填充和排空。

在另一特别优选的实施方式中，在两个座垫12之间布置被设计为溢流阀的阀门80（参见图5）。为了达到座垫12的中间填充位置，把阀门80打开预先规定的时间，从而可以通过乘客的重量在两个座垫12之间进行体积补偿。替代地，也可以通过适当地操控调节元件16产生这种连接。阀门80的优点尤其在于：由此可以在两个座垫12之间被动地进行压力补偿，一旦必须借助于流体供给单元14同时供应多个负载，才会再次转换为对座垫12进行主动填充或排空。这种实施方式具有以下优点：可以节省用于压力产生的能量，并且可以实现流体供给单元14的较高的寿命。

除了所述的实施方式之外，在基于液体的系统的情况下还可以采用用于液力阻力或液力节流部位的流体质量的估计值。

对座椅10的至少一个座垫12进行所述的填充或排空具有以下优点：尤其可以实现准确地到达在两个终端位置之间的中间填充位置。由此可以到达在两个座垫12的固定的中间填充位置之外的位置。此外，在通过一个唯一的流体供给单元14来供应多个座垫12时，还可以实现对多个座垫12进行准确填充。

Claims (13)

1.一种用流体来填充和排空座椅（10）的至少一个座垫（12）的方法，其中，

－ 在填充或排空过程中，根据为了填充或排空至少一个座垫（12）而设计的调节元件（16）的开关状态，对在被流体流过的节流部位（20）的上游求取的第一压力值和在所述节流部位的下游求取的第二压力值进行检测，

－ 根据所述第一压力值和所述第二压力值对输送给至少一个座垫（12）的或从所述座垫排出的流体质量的估计值进行求取，并且

－ 根据所述第二压力值与所述第一压力值的商值来求取输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述调节元件（16）和所述节流部位（20）相一致，或者形成一个结构单元。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述流体是气态的。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述流体是液体。

5.按照权利要求1所述的方法，其中，在对所述座垫（12）进行填充时，所述第一压力值是在流体供给单元（14）的流体输出端上的压力的值，而所述第二压力值则是在至少一个座垫（12）内的压力的值。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，在所述流体供给单元（14）的流体输出端上的压力值借助于该流体供给单元（14）的特征曲线，根据该流体供给单元（14）的电特征参数来确定。

7.按照权利要求1所述的方法，其中，在对至少一个座垫（12）进行排空时，所述第一压力值是在至少一个座垫（12）内的压力的值，而所述第二压力值则是外界压力的值。

8.按照权利要求1所述的方法，其中，预先规定待输送给至少一个座垫（12）的或待从所述座垫排出的流体质量的给定值，并且根据待输送给所述座垫的或待从所述座垫排出的流体质量的给定值和已输送给至少一个座垫（12）的或从所述座垫排出的流体质量的估计值，打开为了填充或排空至少一个座垫（12）而设计的调节元件（16）。

9.按照权利要求1所述的方法，其中，根据达到最大压力值或者最小压力值、或者达到在至少一个座垫（12）内的压力的时间曲线的阀值、或者达到所述调节元件（16）的最大操纵时间，对至少一个座垫（12）进行彻底排空或最大程度地填充。

10.按照权利要求1所述的方法，其中，预先规定待输送给至少一个座垫（12）的或待从所述座垫排出的流体质量的最大值，并且根据待输送给至少一个座垫（12）的或待从所述座垫排出的流体质量的最大值和已输送给至少一个座垫（12）的或从所述座垫排出的流体质量的估计值，打开为了填充或排空至少一个座垫而设计的所述调节元件（16）。

11.按照权利要求10所述的方法，其中，根据待输送给至少一个座垫（12）的或待从所述座垫排出的流体质量的估计值和最大值之间的差值，对用于确定输送给至少一个座垫（12）的或从所述座垫排出的流体质量的估计值的参数进行调整。

12.按照权利要求1所述的方法，其中，所述座椅（10）具有至少两个座垫（12），并且在两个座垫（12）之间气动地或液压地布置气动的或液压的阀门（80），其中，适当操控所述阀门（80），从而在两个座垫（12）之间至少部分地进行流体补偿。

13.一种用流体来填充或排空至少一个座垫（12）的装置，该装置被设计用于：

－ 在填充或排空过程中，根据为了填充或排空至少一个座垫（12）而设计的调节元件（16）的开关状态，对在被流体流过的节流部位（20）的上游求取的第一压力值和在所述节流部位（20）的下游求取的第二压力值进行检测，

－ 根据所述第一压力值和所述第二压力值对输送给至少一个座垫（12）的或从所述座垫排出的流体质量的估计值进行求取，并且

－ 根据所述第二压力值与所述第一压力值的商值来求取输送给至少一个座垫的或从所述座垫排出的流体质量的估计值。