DE102004018207A1

DE102004018207A1 - Kontaktlose Übertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004018207A1
Application number: DE102004018207A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Mattes; Ewald Schmidt; Michael Thiel; Hans-Oliver Ruoss; Thomas Lich; Sven Czarnecki; Adrian Woehr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten in einem Fahrzeug zwischen einer karosserieseitigen Einrichtung (1) und einer weiteren Einrichtung (5), insbesondere einem Fahrzeugsitz, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Übertragung zwischen einer ersten Übertragungseinrichtung (2) und einer zweiten Übertragungseinrichtung (4) durch eine hochfrequente Übertragungsstrecke (3) erfolgt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten in einem Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung zwischen einer karosserieseitigen Einrichtung und einer an der Karosserie angeordneten Einrichtung im Fahrzeug, beispielsweise einem Fahrzeugsitz oder am Lenkrad.
Die Übertragung von Energie und Daten in einem Fahrzeug erfolgt heutzutage üblicherweise über elektrische Leitungen sowie galvanische Kontakte, welche als Stecker ausgebildet sind. Dies gilt in der Regel auch für die in einem Fahrzeug befindlichen Fahrzeugsitze und die damit verbundenen Systeme, z.B. Rückhaltesysteme in Form von Gurtstraffern, Sitzmatten für eine Kindersitzerkennung und Airbags sowie für elektrische Verstellsysteme eines Fahrzeugsitzes und Sitzheizungen.
Neuere Fahrzeuge, insbesondere die sogenannten Vans, erlauben einem Fahrzeugnutzer den Ein- und Ausbau von zusätzlichen Sitzen bzw. eine Anordnung von Sitzen in unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug. Hierbei tritt bei der Verwendung von Steckkontakten das Problem auf, dass die Lebensdauer der Steckkontakte auf ca. 100 Steckzyklen limitiert ist. Dadurch kann bei einem häufigen Positionswechsel bzw. Ein-/Ausbau der Sitze eine Beschädigung des Steckkontaktes resultieren. Weiterhin besteht die Gefahr, dass ein Nutzer die Steckkontakte nach einem erfolgten Umbau der Sitze nicht verbindet, sodass die im Sitz integrierten Systeme, insbesondere Rückhaltesysteme, in Falle eines Unfalls nicht aktiviert werden können.

Um die Bedienbarkeit beim Ein-/Ausbau von Fahrzeugsitzen zu verbessern, wurde daher beispielsweise in der DE 10149331 A1 oder der DE 10164068 A1 vorgeschlagen, eine Daten- und/oder Energieübertragung zwischen der Fahrzeugkarosserie und einem Fahrzeugsitz mittels einer induktiven Übertragung zu ermöglichen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten in einem Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine kontaktlose Übertragung von Energie und/oder Daten auf HF-Basis möglich ist. Dabei liegt die Frequenz der Energie- und Datenübertragung bei größer oder gleich 100 KHz und besonders bevorzugt im MHz-Bereich. Durch die Übertragung auf HF-Basis kann eine sichere und schnelle Übertragung gewährleistet werden. Dadurch kann auf die notwendigen Steckkontakte verzichtet werden und insbesondere bei Fahrzeugen mit variabel anordenbaren Fahrzeugsitzen ein problemloser Ein- bzw. Ausbau realisiert werden. Besonders bevorzugt liegt das für die HF-Übertragung verwendete ISM-Band bei ca. 13,56 MHz. Dadurch kann quasi eine stationäre Feldverteilung (geometrische Abmessungen sind sehr viel kleiner als die Wellenlänge) erreicht werden, welche zu nahezu konstanten Feldverhältnissen auf der gesamten Wellenleiterstrecke führt. Durch diese relativ niedrige HF-Frequenz resultieren weiterhin niedrige Kosten, da eine kostengünstige Elektronik einsetzbar ist. Bei Verwendung einer koaxial geschlitzten Anordnung werden andere Funksysteme oder Personen nicht beeinflusst, sodass eine exzellente elektromagnetische Verträglichkeit vorhanden ist. Darüber hinaus treten keine Schwunderscheinungen, wie beispielsweise durch Mehrwegeausbreitung, auf.

Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.

Vorzugsweise erfolgt die kontaktlose Übertragung auf HF-Basis mittels kapazitiver Kopplung oder induktiver Kopplung oder einer Aperturkopplung oder einer Kombination der drei Möglichkeiten. Bei einer induktiven Ein-/Auskopplung werden die magnetischen Feldlinien abgegriffen, während bei einer kapazitiven Ein- bzw. Auskopplung die elektrischen Feldlinien des elektromagnetischen Feldes abgegriffen werden. Bei der Aperturkopplung werden geeignete Aperturen, z.B. Antennen, in der karosserieseitigen Einrichtung sowie einem entsprechenden Gegenstück in der weiteren Einrichtung, z.B. dem Fahrzeugsitz, vorgesehen. Wenn die Aperturen der karosserieseitigen Einrichtung und der weiteren Einrichtung zueinander ausgerichtet sind, kann die kontaktlose Übertragung erfolgen.

Vorzugsweise ist die Einrichtung, zu welcher Energie und/oder Daten kontaktlos übertragen werden, ein Fahrzeugsitz und die karosserieseitige Einrichtung eine an der Karosserie befestigte Sitzschiene. Dabei fungiert die Sitzschiene als Wellenleiter, sodass die karosserieseitige Übertragungseinheit in die Sitzschiene integriert ist. Die Sitzschiene ist zumindest teilweise als Koaxialelement oder als Zweidrahtleitung oder als planare Struktur oder als Hohlleitung ausgebildet. Besonders bevorzugt wird hierbei eine koaxiale Struktur verwendet. Weiterhin verhindert die Verwendung einer Sitzschiene eine unerwünschte Abstrahlung in den Fahrzeuginnenraum. Dies gewährleistet eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit. Die sitzseitige Übertragungseinrichtung ist dabei in die Sitzschiene eingekoppelt. Zur Übertragung wird der existierende Verschiebungsstrom als wesentliches Merkmal hochfrequenter elektromagnetischer Felder ausgenutzt. Der Verschiebungsstrom ermöglicht es, Energie und Daten ohne galvanischen Kontakt zu übertragen, wobei bei geeigneter Auslegung der Geometrie eine (unerwünschte) Abstrahlung in den Fahrzeuginnenraum vermieden werden kann. Der im Schienensystem erzeugte HF-Strom wird durch die in das Schienensystem eingekoppelte sitzseitige Übertragungseinrichtung abgegriffen, wodurch die kontaktlose Übertragung von Daten und/oder Energie realisiert ist. Somit sind in der Sitzschiene nur geringe Modifikationen notwendig.

Besonders bevorzugt basiert die kontaktlose Übertragung von Energie und/oder Daten auf einer kapazitiven Kopplung. Die kapazitive Ein-/Auskopplung von Energie und/oder Daten erfolgt dabei beispielsweise mittels eines Stempels. Der Stempel ist dabei in die Sitzschiene eingeführt und greift den HF-Strom ab. Vorzugsweise ist bei der kapazitiven Kopplung nach der kontaktlosen Übertragung eine resonante Struktur, z.B. ein Schwingkreis, insbesondere ein Parallelschwingkreis, angeordnet. Dadurch kann ein besonders hoher Wirkungsgrad bei der Übertragung realisiert werden. Es sei angemerkt, dass die resonante Struktur auch ein Serienschwingkreis sein kann.

Weiter bevorzugt erfolgt eine Ein-/Auskopplung von Energie und/oder Daten einstufig über den Stempel. Dadurch kann ein sehr kompakter Aufbau erhalten werden. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine zweistufige Ein-/Auskopplung von Energie und Daten über ein Zwischenelement und den Stempel. Vorzugsweise ist das Zwischenelement dabei an einem Schlitten eines Fahrzeugsitzes angeordnet, wobei der Schlitten in einer an der Fahrzeugkarosserie integrierten Sitzschiene bewegbar ist. Dabei ist das Zwischenelement vorzugsweise als isolierte Kondensatorplatten am Schlitten ausgebildet.

Um bei Verwendung der Sitzschiene eine besonders kompakte Struktur bereitzustellen, ist vorzugsweise ein Innenleiter in der Sitzschiene am Boden oder in einer Seitenwand der Sitzschiene angeordnet. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist ein Innenleiter an einer an der Sitzschiene parallel zur Sitzschiene verlaufenden, kanalförmigen Kammer angeordnet.

Vorzugsweise sind mehrere Fahrzeugsitze in einer gemeinsamen Sitzschiene angeordnet und eine zusätzliche Einrichtung zur Erfassung der Position der jeweiligen Fahrzeugsitze, welche auch Einzelsitze sein können, ist vorgesehen. Diese zusätzliche Einrichtung ist vorzugsweise ein Impulsreflektometer oder eine Funkvorrichtung oder eine potentiometerbasierte Einrichtung oder eine Ultraschalleinrichtung. Somit kann die Position von zwei oder mehreren Sitzen in einer Sitzschiene erfasst werden. Dadurch kann auch die Position des Sitzes relativ zur Fahrzeugkarosserie sicher bestimmt werden, sodass beispielsweise die Sitzposition im Fahrzeug für ein Auslöseverhalten eines Airbags (z.B. gestufte Auslösung abhängig von der Sitzposition) berücksichtigt werden kann.

Wenn die zusätzliche Einrichtung ein Impulsreflektometer ist, wird vorzugsweise ein am Sitz angeordneter Stempel für die kapazitive Übertragung als Reflektionselement verwendet.

Wenn die zusätzliche Einrichtung eine Funkvorrichtung ist, ist in jedem Sitz ein Sender angeordnet und mindestens zwei Empfänger sind an der Karosserie angeordnet, und die Sitze können zeitversetzt ein Funksignal senden. Dadurch können die Signale einzelner Sitze unterschieden werden.

Wenn die zusätzliche Einrichtung eine potentiometerbasierte Einrichtung ist, wird vorzugsweise am Innenleiter der Sitzschiene ein Spannungsabfall von der Quelle bis zum Ende der Sitzschiene erzeugt und dadurch ist die Spannung über die kapazitive Kopplung messbar, sodass die Position des Sitzes innerhalb der Sitzschiene bestimmt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass weniger zusätzliche Einrichtungen zur Bestimmung der Position der Sitze in der Sitzschiene notwendig sind.

Wenn die zusätzliche Einrichtung eine Ultraschalleinrichtung ist, umfasst die Ultraschalleinrichtung vorzugsweise Sensoren, welche an der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind und die Position der Sitze mittels Ultraschall bestimmt werden kann. Die Sensoren sind vorzugsweise in der Sitzschiene angeordnet.

Um eine Verletzung von Insassen durch zu stark ausgelöste Rückhaltesysteme zu verhindern, werden die Daten über die Position der Fahrzeugsitze vorzugsweise in einem Airbag- Steuergerät verarbeitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass beispielsweise bei einem Unfall eine Auslösung des Airbags in geringerem Umfang erfolgt, wenn die Sitzposition nahe dem Airbag ist.

Zeichnung Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Darstellung der kontaktlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einer karossieseitigen und einer sitzseitigen Einrichtung,
2 eine perspektivische Ansicht einer Sitzschiene, welche als Koaxialleiter für die erfindungsgemäße kontaktlose Übertragungsvorrichtung verwendet wird,
3 ein Ersatzschaltbild einer kapazitiven Ein-/Auskopplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 eine perspektivische Schnittansicht einer Ausführungsform mit kapazitiver Ein-/Auskopplung gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 ein Ersatzschaltbild einer kapazitiven Ein-/Auskopplung mit einem Anpassnetzwerk und einer Gleichrichterschaltung,
6a und 6b Schnittansichten einer Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
7a und 7b Schnittansichten einer Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
8a, 8b und 8c schematische Ansichten einer Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
9 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
10 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 die schematische Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten sowie ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt in schematischer Weise die prinzipielle Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten in einem Fahrzeug. Bei einer karosserieseitigen Einrichtung 1 ist eine Quelle/Senke von Energie und/oder Daten und eine weitere Einrichtung 5, z.B. eine Einrichtung in einem Fahrzeugsitz 6, vorgesehen, um zwischen den Einrichtungen 1 und 5 eine kontaktlose Übertragung von Energie und/oder Daten zu ermöglichen. Die kontaktlose Übertragung basiert dabei auf einer HF-Übertragung bei vorzugsweise 13,56 MHz. Mit 2 ist eine karosserieseitige Übertragungseinrichtung bezeichnet und mit 4 eine sitzseitige Übertragungseinrichtung. Das Bezugszeichen 3 kennzeichnet die kontaktlose Übertragungsstrecke zwischen der Karosserie und dem Fahrzeugsitz.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist die karosserieseitige Übertragungseinrichtung 2 eine Sitzschiene, welche an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist und die sitzseitige Übertragungseinrichtung 4 ist ein Stempel 11. 2 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Sitzschiene und 4 eine Detaildarstellung einer kontaktlosen Übertragungsstrecke zwischen der Sitzschiene und dem Fahrzeugsitz. Die karosserieseitige Einrichtung 1 ist beispielsweise eine Steuereinrichtung und die weitere Einrichtung 5 ist beispielsweise eine Sitzheizung oder ein Antrieb für einen Gurtstraffer oder eine Sitzmatte für Kindersitz-/Personenerkennung oder eine Auslösevorrichtung für einen Airbag.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die karosserieseitige Übertragungseinrichtung 2 in die Sitzschiene integriert. Wie im Prinzip in 2 gezeigt, weist die Sitzschiene einen Innenleiter 7, welcher in einem Dielektrikum 9 eingebettet ist, und einen Außenleiter 8 auf. Der Außenleiter 8 ist geschlitzt ausgebildet. Somit wird eine koaxiale Struktur der Sitzschiene erhalten. Als Außenleiter 8 kann das Hohlprofil der eigentlichen Führungsschiene der Sitzschiene verwendet werden. Obwohl der Außenleiter 8 nicht vollständig geschlossen ist, wird keine Energie (im Sinne einer Antenne) in den Innenraum des Fahrzeugs abgestrahlt. Dadurch sind Störungen im Sinne von EMV und EMVU stark eingeschränkt. Es sei angemerkt, dass auch andere Leitungstypen, wie z.B. Zweidrahtleitungen, planare Strukturen, Hohlleitungen usw. prinzipiell denkbar sind und anstatt der koaxialen Struktur verwendet werden können. Die koaxiale Wellenleiterstruktur weist jedoch einige Vorteile auf, nämlich eine sehr geringe Übertragungsdämpfung, keine Abstrahlung (Wellenablösung) der partiell offenen Leitung (es ist lediglich ein geringes Streufeld vorhanden), geringe Empfindlichkeit gegenüber Störfeldern von außen, keine Schwunderscheinungen (z.B. durch Mehrwegeausbreitung) und nahezu keine Beeinflussung anderer Funksysteme oder Personen durch Eigenabstrahlung.
Hinsichtlich der Auswahl der Arbeitsfrequenz für die kontaktlose HF-Übertragung sei angemerkt, dass insbesondere eine Verwendung der Frequenz von ca. 13,56 MHz im ISM-Band vorteilhaft ist. Bei dieser Betriebsfrequenz liegt quasi eine stationäre Feldverteilung vor (d.h. die geometrischen Abmessungen sind sehr viel kleiner als die Wellenlänge), was nahezu zu konstanten Feldverhältnissen auf der gesamten Wellenleiterstrecke führt. Weiterhin handelt es sich um eine zulassungsfreie ISM-Frequenz, wobei insgesamt die Frequenz noch relativ niedrig ist, sodass daraus niedrige Kosten aufgrund kostengünstiger Elektronik gewährleistet sind.
Eine Einkopplung von Energie und/oder Daten in die Sitzschiene kann beispielsweise über eine SMA-Buchse erfolgen.
Bei der kontaktlosen Übertragung von Daten und/oder Energie auf HF-Basis wird die Existenz des Verschiebungsstroms als wesentliches Merkmal hochfrequenter elektromagnetischer Felder ausgenutzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine kapazitive Übertragung verwirklicht. Wenn ein Fahrzeugsitz an einer entsprechenden Sitzposition in eine nicht dargestellte Raste in der Sitzschiene einrastet, kann mittels eines mit dem Fahrzeugsitz verbundenen Stempels 11 die kontaktlose Übertragung erfolgen. In 3 ist das Ersatzschaltbild der in 4 gezeigten Sitzschiene mit kapazitiver Kopplung auf HF-Basis und dem Anschluss an eine Signalquelle mit einem Innenwiderstand Ri dargestellt. Eine Leerlaufkapazität C_L entsteht durch Transformation des Leerlaufs zur Quelle hin und hat einen umso größeren Wert, je weiter die Auskopplung vom Ende der Schiene entfernt stattfindet. Die bestimmende Größe einer resultierenden Koppelkapazität C_K ist die Stempelkapazität C_S bzw. eine Plattenkapazität C_P eine Fläche des mit dem elektrischen Feld des Innenleiters 7 in Berührung kommenden Stempels 11. Die Koppelkapazität C_K wird durch eine Reihenschaltung der Stempelkapazität C_S und der Plattenkapazität C_P gebildet. Hierbei gilt:
Wenn die Plattenkapazität C_P sehr viel größer als die Stempelkapazität C_S ist, gilt in Näherung, dass die Koppelkapazität C_K ungefähr gleich der Stempelkapazität C_S ist (C_K ≈ C_S). Durch geeignete Wahl der geometrischen Parameter sowie der Materialien (z.B. durch eine dielektrische Beschichtung) kann die Stempelkapazität C_S und damit die Koppelkapazität C_K eingestellt werden.
Weiterhin kann ein Anpassungsnetzwerk nach der Koppelkapazität vorgesehen werden, dessen Ziel und Aufgabe es ist, eine möglichst hohe Leistung an eine Last einer weiteren Einrichtung im Fahrzeugsitz zu übertragen, wobei ein möglichst hoher Wirkungsgrad vorhanden sein sollte. D.h., eine Differenz zwischen der abgegebenen Wirkleistung an den Klemmen der Signalquelle 1 und der Leitung am Lastwiderstand ist klein zu halten. Für diesen Zweck eignet sich eine resonante Struktur, welche vorzugsweise in Form eines Parallelschwingkreises ausgebildet ist. Dies ist in 5 dargestellt. Für elektronische Schaltungen mit Logikbausteinen ist es dabei notwendig, die übertragene Wechselspannung gleichzurichten. Dies kann mittels einer Einweggleichrichterschaltung und den Anschluss an den Parallelresonanzkreis realisiert werden. Durch die Gleichrichtung, die den Schwingkreis nur während einer Halbperiode belastet und Energie entnimmt, ändert sich die Gesamtimpedanz der Schaltung bei gleichen Lastwiderständen, was zu einer Verschiebung der Leistungskurve über der Frequenz führt. Zusätzlich nimmt die Leistung durch Verluste an der Diode D geringfügig ab.
4 zeigt im Detail eine Ausführungsform einer kapazitiven Ein-/Auskopplung von Energie und/oder Daten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist ein Stempel 11 an einer mit dem Fahrzeugsitz verbundenen Platte 10 angeordnet. Der Stempel 11 weist eine im Wesentlichen bogenförmige Ausnehmung auf, welche zumindest teilweise den Innenleiter 7 der koaxialen Struktur umgreift. Somit kann erfindungsgemäß auf HF-Basis mittels einer kapazitiven Übertragung von Energie und/oder Daten eine kontaktlose Übertragung von einer Fahrzeugkarosserie auf einen Fahrzeugsitz realisiert werden. Somit kann auf das aus dem Stand der Technik verwendeten Kabel verzichtet werden und eine benutzerunabhängige Sicherheit im Zusammenhang mit in den Sitzen integrierten Rückhaltesystemen erhöht werden. Weiterhin können dadurch beliebige Konfigurationen einer Positionierung von Fahrzeugsitzen relativ zu einer Fahrzeugkarosserie realisiert werden. Besonders kostengünstig wirkt sich hierbei die Verwendung der Sitzschienen für die Fahrzeugsitze als eine Übertragungseinrichtung der Vorrichtung zum kontaktlosen Übertragen aus. Es sei weiterhin angemerkt, dass üblicherweise für jeden Sitz zwei Sitzschienen vorgesehen werden, sodass für jeden Sitz auch ein redundantes Übertragungssystem sichergestellt werden kann. Durch die Verwendung der HF-Technik zur kontaktlosen Übertragung können hohe Wirkungsgrade von deutlich über 70 % für die Energieübertragung erzielt werden. Weiterhin sind nur geringe Modifikationen an den bereits im Einsatz befindlichen Sitzschienen erforderlich. Durch einen modularen Aufbau können weiterhin kontaktlose Übertragungsvorrichtungen auch für unterschiedlichste Fahrzeughersteller mit verschiedensten Konfigurationen bereitgestellt werden. Weiterhin ist die erfindungsgemäße kontaktlose Übertragung auf HF-Basis auch unempfindlich gegenüber starken Verunreinigungen, wie sie im Fußbereich von Fahrzeugen häufiger auftreten können.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 6a und 6b eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. 6a ist eine Schnittansicht durch die Sitzschiene 2 und 6b ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI von 6a. Die Sitzschiene 2 weist einen im Wesentlichen U-förmigen Außenleiter 8 und einen flachen Innenleiter 7 auf. Somit ist die Sitzschiene 2 wieder als Koaxialleitung ausgebildet. Eine kapazitive Auskopplung aus der Sitzschiene 2 erfolgt mittels eines Stempels 11, welcher einen Basisteil 11a und einen Verbindungsteil 11b aufweist, welcher mit einer elektrischen Einrichtung im Fahrzeugsitz verbunden ist. Der Basisteil 11a ist dabei als im Wesentlichen rechteckige Platte ausgebildet und wird in einem geringen Abstand über dem Innenleiter 7 geführt. Zusätzlich ist in der Sitzschiene 2 noch ein Schlitten 12 angeordnet, an welchem der Fahrzeugsitz befestigt ist. Hierbei ist der Stempel 11 nicht mit dem Schlitten 12 fest verbunden, sondern direkt mit dem Fahrzeugsitz. Der Schlitten 12 kann beispielsweise über Rastverbindungen mit der Sitzschiene verbunden sein. Dadurch kann das zweite Ausführungsbeispiel auf einfache Weise für unterschiedliche Sitzschienen mit gegebenenfalls unterschiedlichen Befestigungsmöglichkeiten für die Sitze, z.B. mittels Schlitten oder Abstützungen am Fahrzeugsitz, welche direkt in der Schiene 2 geführt sind, ausgelegt werden. Dadurch kann die Variantenanzahl reduziert werden.
Somit ermöglicht die Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine direkte Auskopplung von Energie und/oder Daten über den Stempel 11 zur elektrischen Einrichtung im Fahrzeugsitz.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 7a und 7b eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel beim dritten Ausführungsbeispiel eine zweistufige Übertragungsstruktur zur Auskopplung von Energie und/oder Daten vorgesehen ist. Hierzu ist ein zweites Auskopplungselement 13 vorgesehen, welches, wie in 7a gezeigt, von der Seitenansicht im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und zwei parallel zueinander angeordnete Wandflächen aufweist. Zwischen diesen beiden Wandflächen ist ein Stempel 11 angeordnet. Das zweite Auskopplungselement 13 ist dabei mit einem Schlitten 12 fest verbunden und wird entsprechend einer Verstellung des Fahrzeugsitzes gemeinsam mit dem Schlitten 12 verfahren. Der Stempel 11 ist im Fahrzeugsitz selbst integriert und wird mit diesem verfahren, sodass sich die Relativposition zwischen dem Stempel 11 und dem zweiten Auskopplungselement 13 nicht ändert. Durch eine Ausbildung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann ein modularer Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung für unterschiedliche Schlitten zur Verwendung in Sitzschienen von Fahrzeugen realisiert werden. Hierdurch ergibt sich ein einfaches Eintauchen des Stempels in die Sitzschiene, da die Basisplatte fehlt.
Bezugnehmend auf die 8a bis 8c wird nachfolgend ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei wiederum gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den ersten Ausführungsbeispielen bezeichnet sind.
Wie in den 8a bis 8c gezeigt, ist im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beim vierten Ausführungsbeispiel der Innenleiter 7 in einer senkrecht angeordneten Seitenwand der Sitzschiene 2 angeordnet. Der Außenleiter 8 ist ansonsten wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ausgebildet. Am Schlitten 12 sind zusätzlich zwei isolierte Kondensatorplatten 14, 15 angeordnet, sodass ebenfalls eine zweistufige Auskopplung bei der kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten möglich ist. Die Auskopplung in den Fahrzeugsitz selbst erfolgt dabei wieder über den Stempel 11, wobei die beiden Kondensatorplatten 14, 15 am Schlitten 12 angeordnet sind. Der Stempel 11 weist einen einfachen, plattenförmigen Aufbau auf, sodass eine mechanisch einfache Auskopplung möglich ist.
Der Schlitten 12 ist in 8c nochmals im Detail dargestellt, wobei die Kondensatorplatte 15 an einer Seitenwand des Schlittens 12 befestigt ist. Der Schlitten 12 kann mittels Rastelementen mit der Sitzschiene verbunden werden. Wie in 8c gezeigt, verlaufen die Kondensatorplatten 14, 15 nicht über die gesamte Länge des Schlittens. Weiterhin ergibt sich ein einfaches Eintauchen des Stempels in die Sitzschiene und eine geringe Schmutzproblematik, da keine Schmutzpartikel am Schienenboden die Übertragung verhindern bzw. stören. Durch den Schlitten 12 kann weiter eine stabile Führung der Kopplung erreicht werden.
9 zeigt eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und Daten gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist beim fünften Ausführungsbeispiel die Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung nicht mehr in der Sitzschiene integriert, sondern in einem länglichen Kanal 16, welcher parallel zur Sitzschiene 8 verläuft und an dem der Innenleiter 7 angeordnet ist. Mit 17 sind Befestigungselemente bezeichnet, mit welchen die Sitzschiene 2 in einer Fahrzeugkarosserie befestigt sind. Wie in 9 gezeigt, ist der Innenleiter 7 an der Basis des Kanals 16 angeordnet. Der Stempel 11 ist dabei wie im zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die Ein-/Auskopplung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel einstufig direkt über den Stempel zur elektrischen Einrichtung im Fahrzeugsitz. Durch diese Ausbildung, unmittelbar benachbart zur Sitzschiene, kann das Profil der eigentlichen Sitzschiene unabhängig von der kontaktlosen Übertragungsvorrichtung gewählt werden.
10 zeigt eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das sechste Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem fünften Ausführungsbeispiel, wobei, wie in 10 gezeigt, ein Innenleiter 7 an einer Seitenwand des Kanals 16 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenleiter 7 an der von der Sitzschiene weg gerichteten äußeren Seitenwand des Kanals 16 vorgesehen. Der Innenleiter 7 kann auch an der inneren Seitenwand angeordnet sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls eine einstufige Auskopplung realisiert. Es sei angemerkt, dass die in den 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispiele auch durch eine zweistufige Ein-/Auskopplung realisiert werden können.
Hinsichtlich der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sei angemerkt, dass die Datenübertragung bidirektional möglich ist.
Wenn zwei oder mehrere Sitze in einem gemeinsamen Sitzschienensystem angeordnet sind, kann die vorliegende Erfindung auch verwendet werden. Hierbei ist vorzugsweise ein Positionsbestimmungssystem zur Bestimmung der einzelnen Positionen der Sitze vorgesehen. Dadurch ist eine Erkennung der Sitze möglich. Als Positionserkennungssystem eignet sich beispielsweise das Time-Domain-Reflectometer-Prinzip (TDR) (Impulsreflektometer). Das Impulsreflektometer arbeitet wie ein leitungsgebundenes Pulsradar, mit welchem eine Entfernung von Reflexionsstellen gemessen werden kann. Über einen Pulsgenerator wird eine Gleichspannung mit sehr steiler Flanke eingeschaltet oder alternativ wird eine hochfrequente Trägerfrequenz geschaltet. An allen Reflexionsstellen im Messobjekt wird ein Teil des Pulses reflektiert und läuft zurück zum Sender. Über die Laufzeit des Pulses kann die Entfernung der Reflektionsstelle bestimmt werden. Damit zwei benachbarte Ziele getrennt erkannt werden können, muss der Puls kurz genug sein. Hierbei ergibt sich beispielsweise eine notwendige Bandbreite von B = 300 MHz. Da jeder Sitz in der Schiene eine Reflektionsstelle darstellt, kann über dieses Verfahren die Sitzposition sicher bestimmt werden. Die Messung kann dabei auch unmittelbar in der Sitzschiene erfolgen.
Ein anderes Verfahren zur Bestimmung einer Position von mehreren Sitzen in einem gemeinsamen Sitzschienensystem kann mittels des Potentiometerprinzips erreicht werden. Ähnlich wie bei einem Potentiometer, bei dem über einen Widerstandsschleifer ein Spannungsabfall über die zurückgelegte Weglänge gemessen werden kann, kann der Innenleiter einen Spannungsabfall von der Quelle bis zum Ende der Sitzschiene erzeugen. Die über die kapazitive Kopplung gemessene Spannung am Sitz stellt somit ein Maß für die Entfernung zur Quelle dar. Diese Entfernungsinformation im Sitz kann nun an das Steuergerät übertragen werden.
Ein weiteres Verfahren zur Positionsbestimmung von mehreren Sitzen in einer gemeinsamen Sitzschiene ist die Funkortung. Durch im Fahrzeuginnenraum verteilte Empfangsantennen, vorzugsweise zwei oder drei, kann die Position der einzelnen Sitze bei zwei Empfangsantennen mittels einer zweidimensionalen Ortung realisiert werden. Hierzu müssen die Sitze zeitversetzt nach einer Aufforderung durch ein Steuergerät ein Funksignal aussenden. Anhand der Laufzeit- und Leistungsunterschiede kann die Position des Fahrzeugsitzes vom Steuergerät bestimmt werden. Über den Funkkanal kann hierbei ebenfalls die Datenkommunikation stattfinden.
Ein weiteres Verfahren zur Positionsbestimmung kann auch mittels Ultraschall verwirklicht werden, wobei beispielsweise die aus dem Automobilbereich bekannten Ultraschall-Parksensoren verwendet werden können.
Es sei angemerkt, dass die Signale zur Positionsermittlung von Fahrzeugsitzen, welche in einer gemeinsamen Sitzschiene angeordnet sind, entweder in einem externen Steuergerät oder aber direkt in einem Airbag-Steuergerät bzw. einem Steuergerät für Rückhaltesysteme erfasst und verarbeitet werden können. Ein in dem Steuergerät verwendeter Auslösealgorithmus zur Ansteuerung beispielsweise von Rückhaltemitteln kann dann die Sitzpositionen der verschiedenen Sitze auswerten und diese dann bei einer Ansteuerung der Rückhaltemittel verwenden. Hierbei sei weiterhin angemerkt, dass derartige Sitzpositionsbestimmungseinrichtungen selbstverständlich auch bei einzelnen Fahrzeugsitzen verwendet werden können, welche jeweils in einer separaten Sitzschiene angeordnet sind.

Claims

Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und/oder Daten in einem Fahrzeug zwischen einer karosserieseitigen Einrichtung (1) und einer weiteren Einrichtung (5), insbesondere in einem Fahrzeugsitz, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Übertragung zwischen einer ersten Übertragungseinrichtung (2) und einer zweiten Übertragungseinrichtung (4) durch eine hochfrequente Übertragungsstrecke (3) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Übertragung auf einer kapazitiven Kopplung oder einer induktiven Kopplung oder einer Aperturkopplung basiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Einrichtung ein Fahrzeugsitz (6) ist und die karosserieseitige Einrichtung eine an der Karosserie befestigte Sitzschiene ist, wobei die Sitzschiene als Wellenleiter fungiert und wobei die Sitzschiene zumindest teilweise als Koaxialelement oder als Zweidrahtleitung oder planare Struktur oder als Hohlleitung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Übertragung auf kapazitiver Kopplung basiert und die kapazitive Ein-/Auskopplung von Energie und/oder Daten mittels eines Stempels (11) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der weiteren Einrichtung ein Schwingkreis, insbesondere ein Parallelschwingkreis, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ein-/Auskopplung von Energie und/oder Daten einstufig über den Stempel (11) erfolgt oder dass eine Ein-/Auskopplung von Energie und/oder Daten zweistufig über ein Zwischenelement (13; 14; 15) und den Stempel (11) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (13; 14; 15) an einem Schlitten (12) eines Fahrzeugsitzes angeordnet ist, wobei der Schlitten (12) in der an der Fahrzeugkarosserie befestigten Sitzschiene bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement als isolierte Kondensatorplatten ausgebildet ist, welche am Schlitten (12) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenleiter (7) der karosserieseitigen Einrichtung in der Sitzschiene am Boden oder einer Seitenwand der Sitzschiene angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenleiter (7) an einer parallel zur Sitzschiene verlaufenden, kanalförmigen Kammer angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erfassung einer Position eines Fahrzeugsitzes relativ zur Fahrzeugkarosserie.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fahrzeugsitze in einer gemeinsamen Sitzschiene angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erfassung der Position einen Impulsreflektometer oder eine Funkvorrichtung oder eine potentiometerbasierte Einrichtung oder eine Ultraschalleinrichtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Fahrzeugsitz angeordneter Stempel (11) für eine kapazitive Übertragung als Reflektionselement für ein Impulsreflektometer verwendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkvorrichtung als zweidimensionale Funkvorrichtung ausgebildet ist, wobei in jedem Sitz ein separater Sender angeordnet ist und die Sitze zeitversetzt ein Funksignal senden.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der potentiometerbasierten Einrichtung am Innenleiter (7) der Sitzschiene ein Spannungsabfall von der Quelle bis zum Ende der Sitzschiene erzeugbar ist und die jeweilige Spannung an der Position des Sitzes über die kapazitive Kopplung messbar ist und als Maß für die Position des Sitzes in der Sitzschiene verwendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalleinrichtung Sensoren umfasst, welche an der Fahrzeugkarosserie und/oder den Fahrzeugsitzen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten über die Position eines Fahrzeugsitzes in einem Steuergerät zur Steuerung von Rückhaltemitteln, insbesondere einem Airbag-Steuergerät, verarbeitet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät abhängig von der Position der Fahrzeugsitze eine abgestufte Auslösung von Rückhaltemitteln zum Schutz der Fahrzeuginsassen, insbesondere eines Airbags, ausführt.