DE102004032213A1

DE102004032213A1 - Abgestimmtes Schwingungs-Absorptionssystem für ein Sitzsystem

Info

Publication number: DE102004032213A1
Application number: DE102004032213A
Authority: DE
Inventors: Ian D. Haynes; Matthew Farmington Hills Kipf; Jon Royal Oak Liu; Robert Manchester Buono; Vikas Northville Patwardhan
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2005-02-03
Also published as: US7073865B2; GB2403786A; US20050001465A1; GB2403786B; GB0414814D0

Abstract

Ein abgestimmtes Schwingungs-Absorptionssystem für ein Sitzsystem umfasst ein flexibles Erweiterungsglied, das mit dem Sitzsystem verbunden ist. Ein aufgehängtes Element ist mit dem flexiblen Erweiterungsglied verbunden. Das flexible Erweiterungsglied und das aufgehängte Element werden konfiguriert, um Schwingungen in dem Sitzsystem zu absorbieren. Ein Verfahren zum Entwerfen und Herstellen eines Sitzsystems umfasst das Entwerfen des abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems mit dem flexiblen Erweiterungsglied und dem aufgehängten Element, um Schwingungen in dem Sitzsystem zu absorbieren, wobei das Schwingungs-Absorptionssystem dann hergestellt und mit dem Sitzsystem verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungseigenschaften eines Sitzsystems in Bezug auf Geräusche, Schwingungen und Härte (NVH = Noise, Vibration and Harshness). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Reduzieren der NVH-Eigenschaften eines Sitzsystems und ein Verfahren zum Steigern der Entwurfs- und Entwicklungseffizienz eines Sitzsystems, um gewünschte NVH-Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Bei der Entwicklung und Herstellung eines Sitzsystems für ein Kraftfahrzeug müssen mehrere Entwurfs- und Leistungsanforderungen erfüllt werden. Diese Entwurfs- und Leistungsanforderungen können in verschiedene Kategorien wie etwa Ästhetik, Komfort, Unfallleistungseigenschaften, NVH-Leistungseigenschaften unterteilt werden.

Die oben genannten Kategorien schließen sich nicht gegenseitig aus, sondern sind derart aufeinander bezogen, dass die Abstimmung eines Elements in einer Kategorie die Elemente in andere Kategorien beeinflussen kann. Um zum Beispiel die NVH-Eigenschaften eines Sitzsystems zu reduzieren, wird allgemein die Steifigkeit des Sitzsystems erhöht. Wenn jedoch die Steifigkeit eines Sitzsystems erhöht wird, ist allgemein die Leistung während Auffahrunfalls schlechter. Es muss also ein Ausgleich zwischen den NVH-Eigenschaften und den Unfallleistungseigenschaften gefunden werden.

Wenn als weiteres Beispiel die Masse eines Sitzsystems angepasst wird, ändert sich die natürliche Frequenz des Sitzsystems, wodurch die NVH-Leistung des Sitzsystems beeinflusst wird. In Abhängigkeit von dem Fahrzeug und dem Typ der darin verwendeten Aufhängung weist ein Fahrzeug gewöhnlich eine Radschwingungsfrequenz von ungefähr 12 bis 17 Hz auf. Vorzugsweise weist ein Sitzsystem eine natürliche Frequenz von wenigstens 1,5 Hz auf, die sich von derjenigen des Fahrzeugs unterscheidet, sodass die Radschwingung in dem Sitzsystem nicht vergrößert wird und das Sitzsystem nicht in Resonsanz tritt. Deshalb muss eine weitere ausgeglichene Beziehung zwischen der Masse eines Sitzsystems und der NVH-Leistung gefunden werden.

Außerdem sollte ein Sitzsystem nicht nur eine natürliche Frequenz aufweisen, die sich um wenigstens 1,5 Hz von demjenigen der Fahrzeugaufhängung unterscheidet, sondern es ist auch vorteilhaft, wenn die natürliche Frequenz des Sitzsystems größer als diejenige der Fahrzeugaufhängung ist. Ein Sitzsystem, dessen natürliche Frequenz größer als diejenige der Fahrzeugaufhängung ist, ist wünschenswert, weil Verstärkungseffekte auf die natürlichen Frequenzen von Körperorganen vermieden werden können, die allgemein unter 12 Hz liegen.

Gewöhnlich wird ein großer Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung und das Testen aufgewendet, um die mit den oben genannten Kategorien assoziieren Anforderungen zu erfüllen. Dabei werden die Parameter des Sitzsystems häufig wiederholt angepasst, um die Anforderungen zu erfüllen, wobei viele Modifikationen vorgenommen werden, nachdem ein Sitzsystem entwickelt, montiert und getestet wurde. Diese Modifikationen werden nach unerwünschten NVH-Testergebnissen zu einem vollständigen Sitzsystem vorgenommen.

Es ist deshalb wünschenswert, ein System zum Minimieren der NVH-Eigenschaften eines Sitzsystems und ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz bei Entwurf und Entwicklung des Sitzsystems anzugeben. Es ist auch wünschenswert, dass das System einfach, leicht und kostengünstig implementiert und hergestellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung nimmt auf die oben beschriebene Problematik Bezug und gibt ein abgestimmtes Schwingungs-Absorptionssystem für ein Sitzsystem an. Das abgestimmte Schwingungs-Absorptionssystem umfasst ein flexibles Erweiterungsglied, das mit dem Sitzsystem verbunden ist. Ein aufgehängtes Element ist mit dem flexiblen Erweiterungsglied verbunden. Das flexible Erweiterungsglied und das aufgehängte Element sind konfiguriert, um Schwingungen in dem Sitzsystem zu absorbieren.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Entwerfen und Herstellen eines Sitzsystems angegeben, mit dem ein abgestimmtes Schwingungs-Absorptionssystem mit flexiblem Erweiterungsglied und Aufhängungselement zum Absorbieren von Schwingungen in dem Sitzsystem entworfen wird. Das Schwingungs-Absorptionssystem wird dann hergestellt und mit dem Sitzsystem verbunden.

Einer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein abgestimmtes Schwingungs-Absorptionssystem angibt, das die NVH-Eigenschaften des Sitzsystems minimiert.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein Sitzsystem angibt, das einfach und kostengünstig implementiert und hergestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein Sitzsystem angibt, das kompakt und leicht ist und innerhalb der strengen Raumbeschränkungen eines Sitzsystems verwendet werden kann.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein effizientes Verfahren zum Entwerfen und Herstellen eines Sitzsystems angibt, das verschiedene NVH-Leistungsanforderungen sowie andere assoziierte Sitzsystem-Anforderungen erfüllt.

Weitere Aufgaben und Vorteile werden durch die folgende ausführliche Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

1 ist eine perspektivische Ansicht von hinten eines Sitzsystems für ein Fahrzeug mit einem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Detailansicht eines abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Kurvendiagramm, welches den Vergrößerungsfaktor in Bezug auf das natürliche Frequenzverhältnis für das Sitzsystem mit dem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems, das gedämpft ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein vergleichendes Kurvendiagramm, welches den Vergrößerungsfaktor in Bezug auf das natürliche Frequenzverhältnis für das Sitzsystem, für das Sitzsystem mit dem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem, das ungedämpft ist und verschiedene Massenverhältnisse aufweist, und für das abgestimmte Schwingungs-Absorptionssystem alleine, das ungedämpft ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein vergleichendes Kurvendiagramm, welches den Vergrößerungsfaktor in Bezug auf das natürliche Frequenzverhältnis für das Sitzsystem und für das Sitzsystem mit dem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem, das ungedämpft ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein logisches Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Entwerfen und Herstellen des Sitzsystems mit dem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In den Zeichnungen werden durchgängig gleiche Bezugszeichen verwendet, um identische Komponenten anzugeben. Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf ein System zum Reduzieren der NVH-Eigenschaften eines Sitzsystems und mit Bezug auf ein Verfahren zum Steigern der Entwurfs- und Entwicklungseffizienz eines Sitzsystems zur Erfüllung von gewünschten NVH-Eigenschaften beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch auf verschiedene Sitzsystemanwendungen sowie auf andere Anwendungen angepasst werden kann, die ein Schwingungs-Absorptionssystem erfordern.
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Betriebsparameter und Komponenten für eine spezifische Ausführungsform beschrieben. Diese spezifischen Parameter und Komponenten sind hier als Beispiele beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf dieselben beschränkt ist.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise auf ein nicht besetztes Sitzsystem angewendet, wobei die vorliegende Erfindung jedoch auch auf ein besetztes oder teilweise besetztes Sitzsystem angewendet werden kann, weil sich die NVH-Eigenschaften und insbesondere die natürliche Frequenz eines Sitzsystems beträchtlich ändern, wenn das Sitzsystem besetzt ist. Unter „besetzt" ist hier zu verstehen, dass sich eine Person oder ein Objekt auf dem Sitzsystem befindet.
In 1 und 2 sind eine perspektivische Ansicht von hinten eines Sitzsystems 10 für ein Fahrzeug mit einem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem 12 und eine perspektivische Detailansicht des Absorptionssystems 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Sitzsystem 10 umfasst eine Sitzlehne 14 mit einem Sitzlehnenrahmen 16, der mit einer Sitzpfanne 18 verbunden ist. Das Absorptionssystem 12 absorbiert Schwingungen oder die Resonanz des Sitzsystems 10, um die NVH-Leistungseigenschften des Sitzsystems 10 zu reduzieren. Das Sitzsystem 10 und das Absorptionssystem 12 bilden zusammen ein kombiniertes nicht in Resonanz tretendes Sitzsystem 20. Während das Absorptionssystem 12 vorzugsweise in einem oberen Teil 22 des Sitzsystems 10 mit dem Sitzrahmen 16 verbunden ist, kann es auch an anderen Positionen des Sitzsystems 10 vorgesehen sein. Je höher die Position des Absorptionssystems 12 relativ zu dem Sitzsystem 10 ist, desto größer ist der Einfluss des Schwingungs-Absorptionseffekts auf das Sitzsystem 10.
Das Absorptionssystem 12 kann einen Sitzsystem-Befestigungsmechanismus 30 für die Verbindung des Systems 12 mit dem Sitzrahmen 16 umfassen. Alternativ hierzu kann das System 12 einstückig mit dem Sitzrahmen 16 ausgebildet sein. Ein flexibles Erweiterungsglied 32 ist mit dem Befestigungsmechanismus 30 verbunden und erstreckt sich von diesem. Ein aufgehängtes Element 34 ist mit dem flexiblen Glied 32 verbunden und hängt von dem Sitzrahmen 16 nach unten. Es sind nur ein Befestigungsmechanismus, ein flexibles Glied und ein aufgehängtes Element für die Ausführungsform von 1 beschrieben und gezeigt, wobei jedoch eine beliebige Anzahl dieser Einrichtungen verwendet werden kann.
Das flexible Glied 32 und das aufgehängte Element 34 schwingen mit einer natürlichen Frequenz ω_vas, die einer natürlichen Frequenz ω_seat des Sitzsystems 10 entspricht. Das flexible Glied 32 und das aufgehängte Element 34 verhindern dadurch Schwingungen des Sitzsystems 10, was weiter unten ausführlicher erläutert wird. Das flexible Glied 32 und das aufgehängte Element 34 können in einem Gehäuse 36 untergebracht sein, das mit einem Fluid 38 gefüllt ist. Das Fluid 38 dämpft die Schwingungen des flexiblen Glieds 32 und des aufgehängten Elements 34, um die Schwingungen des Sitzsystems 10 weiter zu absorbieren.
Der Befestigungsmechanismus 30 umfasst ein oberes Klammerglied 40 und ein unteres Klammerglied 42, die jeweils halbkreisförmige Innenquerschnitte 44 aufweisen. Die Glieder 40 und 42 erstrecken sich um ein Sitzrahmenelement 46 und sind miteinander über Befestigungselemente (nicht gezeigt) verbunden, die sich durch Löcher 47 in Flanschen 48 (nur ein Flansch ist gezeigt) erstrecken. Der Befestigungsmechanismus 30 umfasst auch einen Gewindeteil 50 für die Verbindung mit dem Gehäuse 36.
Der Befestigungsmechanismus 30 ist in der Form eines rohrförmigen Klemmmechanismus gezeigt, wobei er jedoch auch eine andere Form aufweisen kann. Die Befestigungsmechanismen 30 können die Form einer Bindung oder Wicklung aufweisen oder in der Form von Gewindelöchern und Schraubelementen (nicht gezeigt) im Sitzrahmenelement 46 vorgesehen werden, sodass das flexible Glied 32 in das Sitzrahmenelement 46 geschraubt werden kann.
Das flexible Glied 32 kann verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Größen, Formen, Gewichte und Stile aufweisen. Vorzugsweise weist das flexible Glied 32 keine zylindrische Form auf, sondern eine erste rechteckige Querschnittfläche und eine zweite rechteckige Querschnittfläche, die jeweils durch die Bezugszeichen 52 und 54 angegeben werden. In der gezeigten Ausführungsform weisen die Außenflächen der Seiten 55 gleiche Formen und Größen auf wie die Querschnittflächen 52 und 54. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das flexible Glied 32 die Form eines sechsseitigen rechtwinkligen Polyeders mit der Basis b, der Breite w und der Länge l auf. Die erste rechteckige Fläche 52 und die zweite rechteckige Fläche 54 weisen jeweils ein entsprechendes erstes Biegemoment und ein entsprechendes zweites Biegemoment auf. Das erste Biegemoment steht in direktem Bezug zu einer natürlichen Frequenz ω_fa in der Längsrichtung des Sitzsystems 10, und das zweite Biegemoment steht in einem direkten Bezug zu einer lateralen natürlichen Frequenz ω_lat in der Querrichtung des Sitzsystems. Durch die natürliche Frequenz ω_fa in der Längsrichtung und die natürliche Frequenz ω_lat in der Querrichtung minimiert das Absorptionssystem 12 die Schwingungen des Sitzsystems 10 in der Längs- und in der Querrichtung. Das flexible Glied 32 kann die Form einer Stange, eines Drahtes, eines Seils, einer Kette oder eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Form aufweisen.
Das aufgehängte Element 34 kann unter Verwendung von verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Befestigungstechniken mit dem flexiblen Element 32 verbunden sein, wobei es zum Beispiel an dem flexiblen Element 32 festgebunden, verschraubt oder angeklebt sein kann oder einstückig mit dem flexiblen Element 32 ausgebildet sein kann. Das aufgehängte Element 34 kann auch verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Größen, Formen, Gewichte und Stile aufweisen. Das aufgehängte Element 34 weist eine Masse m_b auf, die wesentlich größer als die Masse m_f des flexiblen Glieds ist.
Das Gehäuse 36 kann wie gezeigt in der Form eines Gefäßes vorgesehen sein, das wenigstens teilweise mit dem Fluid 38 gefüllt ist. Das Gehäuse 36 kann unter Verwendung von verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mit dem Befestigungsmechanismus 30 oder direkt mit dem Sitzrahmen 16 verbunden sein. Das Gehäuse 36 weist eine Dichtung 56 auf, die dem Befestigungsmechanismus 36 entspricht und verhindert, dass das Fluid aus dem Gehäuse 36 austritt. Die Dichtung 56 kann in der Form eines O-Rings, einer Gummidichtung, einer Dichtungspaste oder einer anderen aus dem Stand der Technik bekannten Dichtung vorgesehen werden. Das Fluid 38 kann destilliertes Wasser, Glycerin, Mineralöl, ein Frostschutzmittel oder ein anderes Material bzw. eine Materialkombination sein, deren Viskosität eine Dämpfung für das Absorptionssystem 12 ermöglicht.
Der Befestigungsmechanismus 30, das flexible Glied 32, das aufgehängte Element 34 und das Gehäuse 36 können aus verschiedenen Materialien wie etwa Polypropylen, Stahl, Nylon, Delron oder anderen aus dem Stand der Technik bekannten Materialien ausgebildet sein.
Im Folgenden wird auf 6 Bezug genommen, die ein logisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Entwerfern und Herstellen des Sitzsystems 10 mit dem Absorptionssystem 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die folgenden Schritte werden mit Bezug auf die Ausführungsform von 1 beschrieben, wobei sie jedoch auch für andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet und entsprechend modifiziert werden können.
In Schritt 100 werden die NVH-Leistungsanforderungen für das Sitzsystem bestimmt. Zum Beispiel kann eine gewünschte natürliche Frequenz oder ein bestimmter natürlicher Frequenzbereich für das Sitzsystem mit entsprechenden Größenbeschränkungen bestimmt werden. Eine gewünschte natürliche Frequenz für das Sitzsystem liegt gewöhnlich bei ungefähr 12 – 17 Hz und unterscheidet sich mindestens um 1,5 Hz von demjenigen eines Fahrzeugaufhängungssystems.
In Schritt 102 werden die Entwurfsmerkmale für das Sitzsystem bestimmt. Die Entwurfsmerkmale können grob in Übereinstimmung mit den NVH-Leistungsanforderungen für das Sitzsystem bestimmt werden, sodass eine resultierende natürliche Frequenz für das Sitzsystem ungefähr in dem oben genannten Bereich liegt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sitzsystemen muss das Sitzsystem der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt innerhalb des genannten natürlichen Frequenzbereichs für das Sitzsystem liegen, weil das Absorptionssystem 12 die Schwingungen des Sitzsystems 10 minimiert. Das Absorptionssystem 12 ist dafür ausgebildet, Schwingungen mit der natürlichen Frequenz des Sitzsystems zu absorbieren, unabhängig davon, ob sich diese innerhalb oder außerhalb des genannten Frequenzbereichs befindet. Dabei gerät das Absorptionssystem 12 und nicht das Sitzsystem 10 in Resonanz. Das Absorptionssystem 12 bietet also eine größere Flexibilität für den Entwurf und die Auswahl der Entwurfsmerkmale für das Sitzsystem 10.
Die Entwurfsmerkmale können die Größe, die Form, den Stil, das Gewicht, die für das Sitzsystem 10 zu verwendenden Materialien und andere Entwurfsmerkmale sein. Die Entwurfsmerkmale können zum Beispiel bestimmen, ob das Sitzsystem 10 motorisierte Positionseinstellfunktionen und Heiz- bzw. Kühlfunktionen sowie entsprechende Einrichtungen umfasst. Die Entwurfsmerkmale können auch Unfallleistungseigenschaften bestimmen.
In Schritt 104 wird die Masse des Sitzsystems m_seat in Bezug auf Entwurfsmerkmale bestimmt, indem einfach die Masse aller Komponenten des Sitzsystems 10 summiert wird.
In Schritt 106 wird die Steifigkeit des Sitzsystems k_seat in Bezug auf Entwurfsmerkmale unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Techniken bestimmt. Dabei können die Längssteifigkeit k_fa und die Quersteifigkeit klar bestimmt werden.
In Schritt 108 wird die natürliche Frequenz des Sitzsystems ω_seat in Bezug auf die träge Masse m_seat und die Steifigkeit k_seat unter Verwendung der Gleichung 1 bestimmt. Es können ähnliche Gleichungen verwendet werden, um die natürliche Frequenz ω_fa in der Längsrichtung und die natürliche Frequenz ω_lat in der Querrichtung zu bestimmen, zum Beispiel die weiter unten angegebenen Gleichungen 8 und 9.
In Schritt 110 wird das Absorptionssystem 12 in Bezug auf die Sitzsystem-Frequenz ω_seat entworfen, wobei auch die Abmessungen und die Masse des flexiblen Glieds 32 und des aufgehängten Elements 34 bestimmt werden.
Der Vergrößerungsfaktor, der direkt proportional zu dem Frequenzverhältnis zwischen dem Sitzsystem 10 und dem Absorptionssystem 12 ist, wird durch die Gleichungen 2 und 3 wiedergegeben, wobei M₁(ω,i) der Vergrößerungsfaktor des Sitzsystems 10 ist, M₂(ω,i) der Vergrößerungsfaktor des Absorptionssystems 12 ist, ω die Frequenz des Sitzsystems ist, ω_vas die natürliche Frequenz des Absorptionssystems 12 ist und i ein variabler Bereich für die Kurvenerstellung ist. Das Massenverhältnis μ ist gleich der Masse des Absorptionssystems 12, geteilt durch die Masse m_seat. Der Vergrößerungsfaktor des kombiniertes Systems 20 wird durch M_S(ω,i) in Gleichung 4 wiedergegeben.
Der Dämpfungsfaktor c₁ und der kritische Dämpfungsfaktor c_c werden durch die Gleichungen 5 und 6 wiedergegeben, wobei ein Zieldämpfungsfaktor c_max verwendet wird, der durch die Gleichung 7 wiedergegeben wird.
cc = 2mvasωseat
Der Zieldämpfungsfaktor c_max entspricht dem Zieldämpfungsgrad des Absorptionssystems 12, das wie in der Ausführungsform von 1 gezeigt konfiguriert ist.
Im Folgenden wird auf 3 Bezug genommen, in der ein Kurvendiagramm des Vergrößerungsfaktors in Bezug auf das natürliche Frequenzverhältnis des Sitzsystems 10 ohne Absorptionssystem 10 und mit Absorptionssystem 10 mit verschiedenen Dämpfungsgraden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die verschiedenen Dämpfungsgrade sind auf Änderungen des Fluids 38, etwa des Fluidtyp oder der Fluidmenge innerhalb des Gehäuses 36, zurückzuführen. Die Kurve A gibt die Frequenzreaktion von nur dem Sitzsystem 10 wieder. Die Kurve B gibt das Sitzsystem 10 mit dem Absorptionssystem 12 ohne Dämpfung oder Fluid 38 aus. Die Kurven C, D und E geben das Sitzsystem mit dem Absorptionssystem 10 mit einem Dämpfungsfaktor c_i wieder, der jeweils ungefähr gleich 0,2 C_max, 0,6 C_max und C_max ist.
Aus den Gleichungen 1–7 kann das Massenverhältnis μ mit ungefähr 0,25 bestimmt werden, während das Frequenzverhältnis, das gleich der natürlichen Frequenz des Absorptionssystems 12 geteilt durch die natürliche Frequenz des Sitzsystems ω_seat ist, mit ungefähr 0,8 bestimmt werden kann. Weil ein Sitzsystem 10 eine Masse von bis zu 50 bis 60 Pfund aufweisen kann, können das flexible Glied 32 und das aufgehängte Element 34 eine kombinierte Masse von ungefähr 13 Pfund oder beinahe 6 kg aufweisen. Vorzugsweise wird das Gewicht des Sitzsystems 10 minimiert, sodass es unvorteilhaft ist, wenn die kombinierte Masse 13 Pfund beträgt, wobei die kombinierte Masse vorzugsweise wesentlicher weniger beträgt.
In Schritt 110A wird ein Massenverhältnis gewählt. Es ist allgemein leichter, das Massenverhältnis μ einzustellen als das Frequenzverhältnis einzustellen. Deshalb wird das Massenverhältnis μ gewählt, um ein relativ leichtes Aufhängungselement vorzusehen, wobei das Frequenzverhältnis abgestimmt wird, um die Differenz zwischen dem Massenverhältnis von 0,25 und dem gewählten Massenverhältnis μ zu kompensieren. Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Massenverhältnis μ mit 0,004 gewählt, was einem Massenverhältnis entspricht, das eine wesentlich reduzierte Masse für das Absorptionssystem 12 von ungefähr 3,3 Unzen vorsieht. Wenn das Massenverhältnis μ erhöht wird, ist der Vergrößerungsfaktor des kombinierten Systems 20 stärker von dem Frequenzverhältnis abhängig, das dadurch auf ungefähr 1,0 erhöht wird. Wenn das Frequenzverhältnis gleich 1,0 ist, weisen das flexible Glied 32 und das aufgehängte Element 34 jeweils natürliche Frequenzen ω_fa und ω_lat auf, die ungefähr gleich entsprechenden natürlichen Frequenzen des Sitzsystems 10 sind.
Im Folgenden wird auf 4 und 5 Bezug genommen, die vergleichende Kurvendiagramme des Vergrößerungsfaktors in Bezug auf das natürliche Frequenzverhältnis jeweils des Sitzsystems 10, des Sitzsystems 10 mit einem Absorptionssystem 12, das ungedämpft ist und verschiedene Massenverhältnisse aufweist, und des Absorptionssystems 12 alleine, das ungedämpft ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Kurven F geben die Reaktion von nur dem Sitzsystem 10 wieder. Die Kurven G, H und I geben die Reaktion des Sitzsystems 10 einschließlich des Absorptionssystems 12 mit Massenverhältnissen μ von jeweils 0,003, 0,004 und 0,005 wieder. Die Kurven J geben die Reaktion von nur dem Absorptionssystem 12 mit einem Massenverhältnis μ von 0,004 wieder. Das Massenverhältnis μ wird nicht nur ausgewählt, um das Gewicht des flexiblen Glieds 32 und des aufgehängten Elements 34 zu minimieren, sondern auch, um das Vorhandensein und die Größe von geteilten Resonanzspitzen in einer Frequenzverhältnis-Reaktionskurve zu minimieren. Das Massenverhältnis μ von 0,004 wird gewählt, weil es eine entsprechende geteilte Resonanzreaktionskurve H mit geteilten Resonanzspitzen mit minimaler Größe und Breite aufweist.
In Schritt 110B werden die Steifigkeiten k_fa und k_lat des flexiblen Glieds 32 jeweils in der Längsrichtung und in der Querrichtung unter Verwendung der Gleichungen 8 und 9 mit bekannten Werten für die Masse des aufgehängten Elements m_b, die natürliche Frequenz ω_fa des flexiblen Glieds in der Längsrichtung und die natürliche Frequenz ω_lat des flexiblen Glieds in der Querrichtung bestimmt, wobei die natürlichen Frequenzen ω_fa und ω_lat eine 1:1-Beziehung zu den natürlichen Frequenzen in der Längs- und Querrichtung des Sitzsystems 10 aufweisen.
Das flexible Glied 32 in der Form eines sechsseitigen rechtwinkligen Polyeders weist die zwei rechteckigen Flächen 52 und 54 auf, die wie oben genannt jeweils ein entsprechendes direktionales Schnittmoment der Trägheit oder Biegemoment aufweisen. Eine Biegemoment I_fa in der Längsrichtung ist direkt auf die natürliche Frequenz ω_fa in der Längsrichtung bezogen, und ein laterales Biegemoment I_lat ist direkt auf die natürliche Frequenz ω_lat in der Querrichtung bezogen, die jeweils unter Verwendung der Gleichungen 10–14 bestimmt werden können, wobei E den Young-Modulus wiedergibt.
Die Gleichung 14 wird aus einer Umbildung der Gleichungen 10–13 erhalten.
In Schritt 110C wird eine Dimension des flexiblen Glieds 32 gewählt. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Länge l des flexiblen Glieds 32 gewählt. In Schritt 110D wird die Basisdimension b unter Verwendung der Gleichung 11 und den bekannten Werten für die Masse des Sitzes m_seat, die natürliche Frequenz ω_fa des flexiblen Glieds in der Längsrichtung, die natürliche Frequenz ω_lat des flexiblen Glieds in der Querrichtung und den Young-Modulus bestimmt. In Schritt 110E wird die Breitendimension w unter Verwendung der Gleichung 15 bestimmt.
Die Basisdimension b und die Breitendimension w des flexiblen Glieds 32 können unterschiedlich sein und sind jeweils auf das Frequenzverhältnis bezogen. Außerdem sind sie direkt auf die Steifigkeit des flexiblen Glieds 32 bezogen.
In Schritt 110F wird das Volumen des aufgehängten Elements 34 bestimmt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das aufgehängte Element 34 die Form einer Kugel auf, sodass das Volumen der Kugel durch die Auflösung nach dem Radius r unter Verwendung der Gleichung 16 bestimmt wird, die das Gewicht des Sitzsystems 10 mit dem Gewicht des Absorptionssystems 12 in Beziehung setzt. Der Radius r der Kugel wird unter Verwendung der bekannten Masse des aufgehängten Elements m_b und durch die Auswahl einer Gewichtsdichte ρ des flexiblen Glieds 32 und des aufgehängten Elements 34 bestimmt. Die Gewichtsdichte des flexiblen Glieds 32 und des aufgehängten Elements 34 werden in der beschriebenen Ausführungsform gleich gewählt, um die Größe und die Kosten des flexiblen Glieds 32 und des aufgehängten Elements 34 zu minimieren.
In Schritt 110G werden die Masse des flexiblen Glieds m_f und des aufgehängten Elements m_b unter Verwendung der Gleichungen 17 und 18 und der bekannten Werten der Basis b, der Breite w, der Länge l, der Dichte ρ und der Schwerkraft g bestimmt.
In Schritt 112 wird das Absorptionssystem 12 hergestellt. Das flexible Glied 32 und das aufgehängte Glied 34 können wie oben genannt aus verschiedenen Materialien ausgebildet werden, die in Übereinstimmung mit der Masse, der Steifigkeit, der Gewichtsdichte und den Dimensionsfaktoren ausgewählt werden, die in den Schritten 110B–110F bestimmt wurden.
In Schritt 114 wird das kombinierte System 20 montiert, indem das Absorptionssystem 12 mit dem Sitzsystem 10 verbunden wird.
Die oben beschriebenen Schritte sind beispielhaft und können je nach der Anwendung sequentiell, synchron, gleichzeitig oder in anderer Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem können die oben gewählten Werte je nach der Anwendung modifiziert werden.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Schwingungs-Absorptionssystem für ein Sitzsystem eines Fahrzeugs an, das Schwingungen oder die Resonanz des Sitzsystems bei der natürlichen Frequenz des Sitzsystems minimiert. Die vorliegende Erfindung erhöht die Flexibilität beim Entwurf und der Herstellung eines Sitzsystems und minimiert den dafür erforderlichen Zeit- und Kostenaufwand. Die vorliegend Erfindung ist einfach, leicht und kostengünstig und kann einfach für die Verwendung in verschiedenen Sitzsystem-Anwendungen modifiziert werden.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen spezifischen Mechanismen und Techniken lediglich beispielhaft für die Prinzipien der Erfindung sind, wobei zahlreiche Modifikationen an den beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Vorrichtung gemacht werden können, ohne dass deshalb der durch die beigefügten Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Abgestimmtes Schwingungs-Absorptionssystem für ein Sitzsystem mit: wenigstens einem flexiblen Erweiterungsglied (32), das mit dem Sitzsystem (10) verbunden ist, und wenigstens einem aufgehängten Element (34), das mit dem wenigstens einen flexiblen Erweiterungsglied (32) verbunden ist, wobei das wenigstens eine flexible Erweiterungsglied (32) und das wenigstens eine aufgehängte Element (34) konfiguriert sind, um Schwingungen in dem Sitzsystem (10) zu absorbieren.
System nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch wenigstens einen Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30), der zwischen dem Sitzsystem (10) und dem wenigstens einen flexiblen Erweiterungsglied (32) verbunden ist.
System nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch wenigstens ein Gehäuse (36), das mit dem wenigstens einen Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) verbunden ist und das wenigstens eine flexible Erweiterungsglied (32) und das wenigstens eine aufgehängte Element (34) enthält.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) einen Gewindeteil (50) zum Festschrauben des wenigstens einen Gehäuses (36) umfasst.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) wenigstens teilweise mit einem Fluid (38) gefüllt ist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gefäß mit dem wenigstens einen Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) verbunden ist und das wenigstens eine flexible Erweiterungsglied (32), das wenigstens eine aufgehängte Element (34) und ein Fluid (38) enthält.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) einen rohrförmigen Klemmmechanismus umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine flexible Erweiterungsglied (32) und das wenigstens eine aufgehängte Element (34) eine natürliche Frequenz aufweisen, die ungefähr gleich der natürlichen Frequenz des Sitzsystems (10) ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine flexible Erweiterungsglied (32) und das wenigstens eine aufgehängte Element (34) einstückig ausgebildet sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine flexible Erweiterungsglied (32) eine nicht-zylindrische Form aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine flexible Erweiterungsglied (32) umfasst: eine erste rechteckige Querschnittfläche (52) mit einem entsprechenden ersten Biegemoment, und eine zweite rechteckige Querschnittfläche (54) mit einem entsprechenden zweiten Biegemoment.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Biegemoment direkt auf die natürliche Frequenz des Sitzsystems (10) in der Längsrichtung bezogen ist und dass das zweite Biegemoment direkt auf die natürliche Frequenz des Sitzsystems (10) in der Querrichtung bezogen ist.
Sitzsystem mit: einem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem (12) mit: einem Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30), der mit einem Sitzrahmen (16) verbunden ist, einem flexiblen Erweiterungsglied (32), das mit dem Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) verbunden ist, und einem aufgehängten Element (34), das mit dem flexiblen Erweiterungsglied (32) verbunden ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) mit einem oberen Teil des Sitzsystems (10) verbunden ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) mit einem oberen Teil einer Sitzlehne (14) des Sitzsystems (10) verbunden ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzsystem-Befestigungsmechanismus (30) in den Sitzrahmen (16) des Sitzsystems (10) geschraubt ist.
Verfahren zum Entwerfen und Herstellen eines Sitzsystems mit einem abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem, mit folgenden Schritten: Entwerfen des abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems mit wenigstens einem flexiblen Erweiterungsglied und wenigstens einem aufgehängten Element, die Schwingungen in dem Sitzsystem absorbieren, Herstellen des abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems, und Verbinden des abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems mit dem Sitzsystem.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das System zum Entwerfen des abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems das Entwerfen des wenigstens einen flexiblen Erweiterungsglieds und des wenigstens einen aufgehängten Elements mit einer natürlichen Frequenz umfasst, die ungefähr gleich einer natürlichen Frequenz des Sitzsystems ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Entwerfen des abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystem folgende Schritte umfasst: Abstimmen einer ersten rechteckigen Querschnittfläche des wenigstens einen flexiblen Erweiterungsglieds, sodass es ein erstes Biegemoment aufeist, und Abstimmen einer zweiten rechteckigen Querschnittfläche des wenigstens einen flexiblen Erweiterungsglieds, sodass es ein zweites Biegemoment aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, weiterhin gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bestimmen von Sitzsystem-Entwurfsmerkmalen, Bestimmen der Masse des Sitzsystems in Bezug auf die Entwurfsmerkmale, Bestimmen der Steifigkeit des Sitzsystems in Bezug auf die Entwurfsmerkmale, Bestimmen der natürlichen Frequenz des Sitzsystems in Bezug auf die Masse und die Steifigkeit, und Entwerfen des abgestimmten Schwingungs-Absorptionssystems in Bezug auf die natürliche Frequenz des Sitzsystems.