CN104773099B - 用于车辆座位应用的电活性聚合物致动器 - Google Patents

Abstract

一种车辆座椅，包含座椅底座和座椅靠背，每个座椅底座和座椅靠背包括弹簧结构；平面电活性聚合物致动器，每个致动器具有第一状态并耦接到所述弹簧结构中的一个；与所述致动器连通并被配置向一个或多个所述致动器传送预先确定的电输入的控制部，其中所述预先确定的电输入将所述致动器中的至少一个变形到第二状态。

Description

用于车辆座位应用的电活性聚合物致动器

技术领域

本发明总体上涉及可调整的车辆座位，并且更具体地，涉及具有被配置为提供座位可调性的电活性聚合物致动器的车辆座位。

背景技术

典型的汽车座位包括各种调节机构，这些调节机构可以包括腰部支承，可调节枕以及被配置为向车辆乘员提供舒适的其他调节应用。提供该可调性的机构可以使用座位中的大量空间以便于操作。对于车辆的座位的可调性的愿望在一些应用中会被对于可以由较小的座位总成提供的车舱中的附加空间的愿望限制。

发明内容

在至少一个方面，车辆座椅包括座椅底座和座椅靠背，每个都具有弹簧结构和垫子。每个平面的电活性聚合物致动器具有与该弹簧结构耦接的第一侧部以及自弹簧结构远端设置并与该垫子直接连通的相对的第二侧部。每个致动器设置在第一状态。用于该致动器的控制部与该致动器连通并被配置为向一个或多个致动器传输预先确定的电输入。该预先确定的电输入被配置为使至少一个致动器变形为第二状态。每个致动器从第一状态向第二状态的变形直接操作在多个舒适位置之间的垫子。

在至少另一方面，用于车辆座椅的垫子包括内部悬挂结构和外表面。平面的电活性聚合物致动器设置在内部悬挂结构和外表面之间。每个致动器包括静止状态和变形状态，其中在静止状态和变形状态之间的致动器的运动限定了多个外表面的舒适位置。

在至少另一方面，用于车辆座椅的垫子包括至少一个平面的电活性聚合物致动器，支承至少一个致动器的悬挂结构，以及与至少一个致动器连通的外部覆盖物。控制部与至少一个致动器的每一个连通并向该致动器传输预先确定的电输入。该预先确定的电输入将至少一个致动器从静止状态移动到变形状态。

本发明的这些和其他的方面、目标以及特征将由技术领域内的技术人员通过学习以下的说明书，权利要求书，以及附图被理解并领会。

附图说明

在附图中：

图1为车辆内部的俯视侧透视图，在车辆座椅中安装了电活性聚合物致动器的实施例；

图2为从车舱中移除的图1的车辆座椅的俯视侧透视图；

图3为移除了外表面和背垫的情况下的图2的车辆座椅靠背的正视图；

图4为由线IV-IV截取的图3的车辆座椅靠背的剖视图，电活性聚合物致动器处于静止的第一状态；

图5为图4的实施例的剖视图，所示出的致动器的一部分处于变形的第二状态；

图6为由VI区域截取并示出了致动器处于静止的第一状态的图4的实施例的详细剖视图；

图7为图6的详细剖视图，其示出了致动器处于变形的第二状态；

图8为由线VII-VII截取的图3的座椅靠背的剖视图，其示出了致动器处于静止的第一状态；

图9为示出了致动器处于变形的第二状态的图8的剖视图；

图10为图2的座椅底座的俯视平面图，移除了外部覆盖物和座垫；

图11为图2的座椅底座的仰视平面图；

图12为沿着线XII-XII截取并示出了致动器处于静止的第一状态的图11的实施例的剖视图；以及

图13为示出了致动器处于变形的第二状态的图12的剖视图。

具体实施方式

为了在此说明的目的，术语“上部”、“下部”、“右部”、“左部”、“后部”、“前部”、“垂直”、“水平”以及由此派生的词应当如图1中的取向与本发明关联。然而，应当了解，除了做出明显相反的说明之外，本发明可以采取多种的可供选择的取向。还应当了解，在附图中说明的以及在随后的说明书中描述的特定的装置与流程都是仅仅是权利要求所定义的发明构思的示例性实施例。因此，与在此公布的实施例相关的特定尺寸和其他的物理特性并不能被认为是限制，除非在权利要求中另有清楚表述。

如图1所示，附图标记10总体上指代包括座椅底座12和座椅靠背14的车辆座椅，每个座椅底座12和座椅靠背14都具有弹簧结构16和垫子。每个平面的电活性聚合物致动器18具有与弹簧结构16耦接的第一侧部以及从弹簧结构16的远端设置并与该垫子直接连通的相对的第二侧部。每个致动器18设置在第一状态20中。用于致动器18的控制部22与致动器18连通并被配置为向一个或多个致动器18传送预先确定的电输入。该预先确定的电输入被配置为使至少一个致动器18变形到第二状态24。每个致动器18从该第一状态20向该第二状态24的变形直接操作多个舒适位置26之间的垫子。

现在参考图1-10中所示的实施例，该座椅靠背14包括与座椅靠背14的至少一个致动器18连通的背垫40。以这种方式，在第一和第二状态20、24之间的座椅靠背14的每个致动器18的变形在多个背垫40的舒适位置26之间的背垫40处操作车辆座椅10的外表面42。在各种实施例中，每个致动器18的第一状态20典型地为静止状态，在此状态中几乎没有电输入应用到该致动器18。每个致动器18的第二状态24包括可以按照供应到每个致动器18的电输入而改变的多个致动器位置。该座椅底座12包括被配置为与该座椅底座12的至少一个致动器18连通的座垫50。与该座椅靠背14相似，第一和第二状态20、24之间的座椅底座12的一个或多个致动器18的变形在多个座垫50的舒适位置26之间的座垫50处操作车辆座椅10的外表面42。

现在参考图11-13，该车辆座椅10还可以包括可以设置在座椅底座12和/或座椅靠背14上的一个或多个侧枕60。枕垫62设置在侧枕60之中并与至少一个致动器18连通。用于该侧枕60的致动器18可以放置在座椅底座12或座椅靠背14之上。在各种实施例中，该侧枕60可以包括被配置为承接一个或多个致动器18的分离的枕部框架64。在该第一和第二状态20、24之间的侧枕60中的至少一个致动器18的变形被配置为在多个侧枕60的舒适位置26之间的枕垫60处操作车辆座椅10的外表面42。

如图1和2的实施例中所示，包括致动器18的车辆座椅10典型地为车辆70的前排座椅68之一。可以预期的是，该致动器18可以设置在车舱72之中的其他座椅中，诸如后排座椅74、第三排座椅、枕部以及车辆70中的其他座位位置。

在各种实施例中，当输入被应用到该致动器18时，该电活性聚合物致动器18被配置为改变它们的形状和/或尺寸。当应用该输入时，致动器18被变形到第二状态24，其中该第二状态24可以通过致动器18扭曲、弯曲、收缩、膨胀、其他变形，或这些运动的组合，按照提供到该致动器18的输入以及该致动器18的结构被限定。

在各种实施例中，该输入为传输给致动器18的预先确定的电压。在这样的实施例中，应用到致动器18的电压量和电流方向可以确定该致动器18的第二状态24的准确构造。通过说明而非限定的方式，较大的电压可以导致致动器18的较大的偏转或变形以及应用到致动器18的电流方向上的改变可以导致致动器18的可选择的变形。此外，被应用到单个致动器18的特定部分的电压可以导致致动器18的一部分或整个致动器18的变形。另外，致动器18的第二状态24的准确构造可以由预先确定的电压应用到致动器18的位置来确定。在电压被应用到致动器18的实施例中，操作稳压器78的控制部22靠近车辆座椅10设置并被配置为与座椅靠背14、座椅底座12以及侧枕60的每个致动器18连通。

在各种可选择的实施例中，传送到该致动器18的输入可以为温度相关的输入，其中应用到该致动器18的热量和所应用的热量的位置起到确定特定的致动器18或它的一部分的第二状态24的构造的作用。各种实施例还可以包括由应用于其的磁场驱动的致动器18。在这样的一实施例中，电磁场发生器可以与这样的致动器18相邻设置。

在各种实施例中，当电活性聚合物致动器18处于静止或第一状态20时，其形状上为典型的平面。包括在该致动器18中的该聚合物材料可以被镀上电极层，该电极层从控制部22接收电输入并向聚合物致动器18的各个部分传送电输入。作为一种选择，用于致动器18的聚合物可以为不包括附加的电极层的自传导材料。各种电活性聚合物可以在车辆座椅10中使用，其中该电活性聚合物可以包括但不限制为非传导性的电活性聚合物、铁电聚合物、电致伸缩接枝聚合物、液晶聚合物、离子电活性聚合物、离子聚合物金属复合材料等等。当电流或相似的输入被应用到其中时，该致动器18还可以包括被配置为改变粘度或体积的各种粘性聚合物。这些粘性电活性聚合物可以包括但不限于电流变流体、刺激响应性凝胶以及其他相似的粘性电活性聚合物。为了一个或多个舒适功能，可以用于车辆座椅10中的每个电活性聚合物被配置为提供用于操作车辆座椅10的表面以向乘员提供变化的舒适状况的方法。

现在参考图3-13，用于座椅靠背14、座椅底座12或侧枕60的该电活性聚合物致动器18可以被附接到车辆座椅10的内部悬挂结构80。车辆座椅10的内部悬挂结构80被附接到座椅框架82并向乘员提供舒适的基准面。该致动器18可以被附接到内部悬挂结构80使得该内部悬挂结构80提供可以被每个致动器18耦接的实质上稳定的区域。在致动器18和内部悬挂结构80和/或弹簧结构16之间的附接的准确方法可以按照所使用的致动器18的类型而变化。这样的附接方法可以包括但不限于粘合剂、机械紧固件、焊接以及其他相似的方法。在致动器18被直接附接到内部悬挂结构80或弹簧结构16的各个实施例中，当致动器18接收输入并变形到第二状态24时，致动器18的变形相对内部悬挂结构80和/或弹簧结构16被偏置以及总体上朝向车辆座椅10的外表面42。以这样的方式，致动器18的变形被转化到座椅背垫40、座垫50或座椅侧枕62的车辆座椅10的外表面42并被传递给乘员的身体。

在各种实施例中，该致动器18可以通过滑动机构、弹性连接件或其他至少部分可操作的连接部被附接到弹簧结构16或内部悬挂结构80。用于车辆座椅10的结构的该至少部分可操作的连接部允许致动器18变形，同时也使该致动器18保持在车辆座椅10中的它的预先确定的位置中。被使用的此类连接部还可以被配置为至少接收由处于第二状态24的致动器18实施的一部分偏置力。可以预期的是用于将致动器18耦接到弹簧结构16或内部悬挂结构80的连接部可以按照第二状态24的构造以及致动器18变形的性质变化。通过说明但非限制的方式，用于包括弯曲变形的致动器18的连接部可能不适合用于包括了扭转变形的致动器18。在各种实施例中可以预期的是，用于车辆座椅10的致动器18可以设置在可操作框架之上，其中该致动器18可以在车辆座椅10中移动以提供更大的范围，在该更大的范围内，致动器18可以操作车辆座椅10的各个部分。

现在参考图4-7，该电活性聚合物致动器18可以从弹簧结构16和内部悬挂结构80的远端靠近车辆座椅10的外表面42设置。在这样的实施例中，该致动器18设置在背垫40、座垫50或枕垫62之中使得致动器18的变形可以更直接地操作车辆座椅10的外表面42。通过说明而非限制的方式，在靠近座椅的外表面42设置致动器18的情况下，致动器18的诸如扭曲或弯曲这样的各种运动或其他运动可以更直接地被转化到车辆座椅10的外表面42使得车辆座椅10的外表面42以与致动器18实质上相同的方式变形。作为一种选择，在致动器18被附接到弹簧结构16和/或内部悬挂结构80的实施例中，每个致动器18的变形可以至少部分地被设置在致动器18和车辆座椅10的外表面42之间的车辆座椅10的座垫50、背垫40或枕垫62吸收。

如图4-7的实施例中所示，可以预期的是，在背垫40、座垫50和枕垫62中，致动器18的各种构造可以被实施，使得某些致动器18靠近车辆座椅10的外表面42设置，同时其他致动器18靠近车辆座椅10的弹簧结构16和内部悬挂结构80设置。以这样的方式，致动器18的变化的构造可以被共同地使用以向车辆座椅10的乘员提供更高层次的舒适功能。这样的更高层次的功能可以包括但不限于，腰部支撑、可调节的枕部支撑、腿部支撑以及可以操作车辆座椅10的外表面42的轮廓的其他相似的功能。此外，在各种实施例中，致动器18可以以协调的方式使用以提供各种震动以及按摩功能，其中该致动器18可以以预先确定的模式运行以向车辆座椅10的乘员提供变化的按摩或震动模式。在震动和按摩类功能中，一个或多个致动器18可以靠近甚至是附接到车辆座椅10的外部覆盖物112设置，使得该致动器18与车辆座椅10的外表面42中的外部覆盖物112连通。

再参考图4-7，在一个或多个致动器18靠近车辆座位的外表面42设置的实施例中，背垫40、座垫50或枕垫62的外部覆盖物112可以包括外部覆盖物的内表面110上的致动器容器100或袋，其被配置为容纳一个或多个致动器18。该容器可以通过包括但不限于织物袋、皮带、网格或其他相似的部件这样的部件形成。在这样的实施例中，接线可以穿过座垫50向致动器插座100中的每个致动器18延伸，使得该输入可以被传送到致动器18。根据致动器18使用的电活性聚合物，来自控制部的输入可以被传送给电磁场发生器，其中由发生器产生的电磁场被配置为引发致动器18向第二状态24的变形。

在致动器18靠近车辆座椅10的外表面42设置的各种实施例中，该致动器18可以被直接粘附到背垫40、座垫50或枕垫62的外部覆盖物112的内表面110。在这样的实施例中，以这种方式设置的致动器18的变形可以直接转化给车辆座椅10的外表面42以向座椅的乘员提供微小的调整或局部舒适度修正。可以预期的是，在致动器18靠近座椅的外表面42设置的各种实施例中，该致动器18可以包括至少环绕致动器18的外表面42的一部分以随着致动器18在第一和第二状态20、24之间运动向乘员提供附加的舒适度的填充层114。

如图1-7的实施例中所示，可以预期的是多个舒适功能可以由车辆座椅10的用户同时使用。通过说明而非限定的方式，在致动器18设置在弹簧结构16和/或内部悬挂结构80上，其还靠近座垫50的外表面42设置的情况下，多个致动器18可以被同时激活以提供腰部和按摩功能，或震动和腿部支撑功能，或按摩、震动以及背部轮廓修整功能，以及其他功能的组合。

如图4-9的实施例中所示，该平面的电活性聚合物致动器18典型地包括相对薄的剖面。由于这个薄剖面，该车辆座椅10可以典型地制成也具有较薄的剖面，因为诸如气囊、压缩机、马达这样的较大舒适度组件，以及与座位舒适度相关的其他常规的装置可以不被包括在车辆座椅10中。由于车辆座位10可以制成具有比常规座位更薄的剖面，所以附加的车舱72空间对于车辆70的乘员是可用的而不需要牺牲掉包括在车辆座位10中的更高层级的舒适度功能。

再次参照图1，控制部22被配置为控制向一个或多个致动器18的输入的传送。这个控制部22可以包括开关、拨号盘、电容式触摸屏、电阻式触摸屏、声控用户界面以及其他相似的用户界面机构。用于致动器18的该控制部22还可以设置在仪表板120、扶手122、内侧板124、中控台126或可以由车辆座椅10的乘员接触以被控制的其他相似的位置中。

在操作中，包括一个或多个平面的电活性聚合物致动器18的车辆座位10的乘员可以使用控制部22选择车辆座椅10的一个或多个与舒适度相关的功能。当一个或多个功能被选择时，该用户界面向稳压器78、热调节器、电磁发生器或与用于车辆座位10中的致动器18的类型相匹配的其他调节装置传送该选择。用于车辆座椅10中的调节器可以被配置为提供多个输入信号，其可以包括但不限于不同量级、不同方向以及其他输入变量。当该特定的输入被传送给致动器18时，该致动器18变形为多个第二状态24中的一个以提供车辆座椅10的用户请求的所希望的功能。车辆座椅10的用户选择诸如震动或按摩模式这样的更复杂的功能的情况下，预先确定的输入次序被传送给各个致动器18，使得该致动器18以预先确定的模式变形以提供所期望的次序功能。

在各种实施例中，该平面的电活性聚合物致动器18可以依据设置致动器18所在的车辆座椅10的特定位置以及车辆座椅10中的特定致动器18的功能，包括各种形状和尺寸。按照特定的座位应用，该致动器18还可以被配置为非平面的、容积式的、管状的，或者可以包括其他变化的形状和构造。

可以预期的是，该致动器18可以设置在车辆70的其他部分中，其可以包括但不限于，扶手122、头枕128、内侧板124以及可以提供给乘员舒适功能的其他位置。

本领域技术人员可以理解，所描述的本发明和其他组件的构造不限于任何特定材料。在此处所公开的本发明的其他示例性实施例可以由多种材料制成，除非本发明另有说明。

为了公开的目的，该术语“耦接”(以其所有形式，现在式，进行式，过去式等等)通常意味着两个组件(电的或机械的)直接地或间接地相互连接。这样的连接可以在本质上为静态的或在本质上为可移动的。这样的连接可以通过两个组件(电的或机械的)和任何附加的中间部件来完成，该中间部件彼此或者与两个组件整合形成单一整体。除非另有表述，这种连接可以在本质上为永久的或在本质上为可移除的或可释放的。

同样重要的是要注意，在示例性实施例中所示的本发明的元件的结构和设置仅是说明性的。虽然在本公开中仅对本新发明的少数实施例进行了详细描述，但阅读本公开的本领域技术人员将很容易地领会，在未实质脱离所述主题的新颖教导和优势的情况下，多种修改是可行的(例如，各种元件的尺寸、规格、结构、形状和比例，参数值，安装配置，材料使用，颜色，取向等的变化)。例如，所示为一体成型的元件可以由多个部分构成，或所示为多个部分的元件可以一体成型，连接的操作可以被颠倒或以其他方式改变，系统的结构和/或部件或连接件或其他元件的长度或宽度可以被改变，在元件之间提供的调节位置的性质或数量可以被改变。应当注意的是，系统的元件和/或总成可以由多种材料中的任意种类构造，该材料提供足够强度或耐久度，为多种的颜色、质地和组合中的任意种类。相应地，所有这样的修改旨在被包括在本新发明的范围内。在不脱离本新发明的主旨的情况下，可以对所期望的和其他示例性实施例的设计、操作条件和设置做出其他的替换、修改、变化和删减。

应当理解的是，任何所述过程和所述过程中的步骤可以与所公开的其他过程或步骤相结合，以形成本发明范围内的结构。在此所公开的示例性结构和过程是为了说明性的目的，并不被解释为限制。

同样应当理解的是，在不脱离本发明的构思的情况下，可以对前述结构作出变化和修改，并进一步应当理解的是，这些构思旨在由下述权利要求覆盖，除非这些权利要求通过其文字另有明确表述。

Claims (19)

1.一种车辆座椅，包含：

座椅底座和座椅靠背，其每个包括弹簧结构和垫子；

平面的电活性聚合物致动器，其每个具有与弹簧结构耦接的第一侧部以及自弹簧结构远端设置并与垫子直接连通的相对第二侧部，并且每个致动器都设置处于第一状态；

与致动器连通并被配置为向一个或多个所述致动器传输预先确定的电输入的控制部，其中预先确定的电输入将至少一个致动器变形到第二状态，其中致动器从第一状态向第二状态的变形直接操作多个舒适位置之间的垫子。

2.如权利要求1所述的车辆座椅，其中多个舒适位置中的每个通过传送到一个或多个致动器的预先确定的电压来确定。

3.如权利要求1所述的车辆座椅，其中预先确定的电输入向一个或多个致动器传送与温度相关的输入，并且其中温度相关的输入确定每个致动器的第二状态。

4.如权利要求1所述的车辆座椅，进一步包含：

与至少一个致动器直接连通的座椅靠背的背垫，其中在第一状态和第二状态之间的至少一个致动器的变形操作多个背部舒适位置之间的背垫的外表面。

5.如权利要求1所述的车辆座椅，进一步包含：

与至少一个致动器直接连通的座椅底座的座垫，其中在第一和第二状态之间的至少一个致动器的变形操作多个座椅舒适位置之间的座垫的外表面。

6.如权利要求1所述的车辆座椅，其中第二状态包括多个致动器位置。

7.如权利要求1所述的车辆座椅，其中每个弹簧结构包括至少一个悬挂部件，并且其中每个致动器的第一侧部被耦接到至少一个悬挂部件的至少一个上。

8.如权利要求1所述的车辆座椅，进一步包含：

座椅靠背和/或座椅底座的侧枕；以及

与至少一个致动器直接连通的侧枕的枕垫，其中在第一和第二状态之间的至少一个致动器的变形操作多个枕部舒适位置之间的枕垫的外表面。

9.一种用于车辆座椅的垫子，该垫子包含：

内部悬挂结构和外表面；以及

在内部悬挂结构和外表面之间设置的平面的电活性聚合物致动器，每个所述致动器具有与所述内部悬挂结构耦接的第一侧部以及自内部悬挂结构远端设置并与外表面连通的相对第二侧部，每个致动器包括静止状态和变形状态，其中在静止状态和变形状态之间的致动器的运动限定了外表面的多个舒适位置。

10.如权利要求9所述的垫子，进一步包含：

与每个致动器连通并被配置为传送预先确定的电输入的控制部，其中预先确定的电输入将至少一个致动器中的每一个从静止状态移动到变形状态。

11.如权利要求10所述的垫子，其中垫子设置在座椅底座、座椅靠背以及侧枕中的至少一个上。

12.如权利要求10所述的垫子，其中预先确定的电输入为预先确定的电压，以及其中预先确定的电压确定至少一个致动器的变形状态。

13.如权利要求10所述的垫子，其中预先确定的电输入向至少一个致动器传送温度相关的输入，以及其中温度相关的输入确定每个致动器的第二状态。

14.如权利要求9所述的垫子，其中变形状态包括多个致动器位置。

15.一种用于车辆座椅的垫子，该垫子包含：

至少一个平面的电活性聚合物致动器；

支承至少一个致动器的悬挂结构；

与至少一个致动器连通的外部覆盖物；以及

每个所述致动器具有与所述悬挂结构耦接的第一侧部以及自悬挂结构远端设置并与外部覆盖物连通的相对第二侧部，

与传送预先确定的电输入的至少一个致动器的每个连通的控制部，其中预先确定的电输入将至少一个致动器从静止状态移动到变形状态。

16.如权利要求15所述的垫子，其中垫子设置在座椅底座、座椅靠背和侧枕中的至少一个上。

17.如权利要求15所述的垫子，其中预先确定的电输入为预先确定的电压，并且其中预先确定的电压确定至少一个致动器的每个的变形状态。

18.如权利要求15所述的垫子，其中预先确定的电输入向至少一个致动器传送温度相关的输入，以及其中温度相关的输入确定每个致动器的第二状态。

19.如权利要求16所述的垫子，其中至少一个致动器靠近外部覆盖物设置。