DE102006034131A1

DE102006034131A1 - Dünnschichtsensoren zur Sitzbelegungserkennung

Info

Publication number: DE102006034131A1
Application number: DE200610034131
Authority: DE
Inventors: Thorsten Schnettker
Original assignee: Sitech Sitztechnik GmbH
Current assignee: Sitech Sitztechnik GmbH
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sitzbelegungserkennungssystem mit in die Fahrzeugsitzstruktur integrierten Sensoren zur gezielten Auslösung und Ansteuerung von Rückhaltesystemen, wie Gurtstraffer und/oder Gurtkraftbegrenzer und/oder Airbags, insbesondere zur Sitzbelegungserkennung nach Masseklassen. Es ist vorgesehen, dass an mindestens einem im Kraftfluss liegenden Bauteil (14, 16, 18, 20) einer an einer Karosserie (22) angeordneten Fahrzeugsitzstruktur (100) mindestens ein ein- oder mehrschichtiger Dünnschichtsensor (10, 10F, 10I) applizierbar ist, dessen Ausgangssignal einer auf das Bauteil (14, 16, 18, 20) wirkenden Kraft (F) und/oder einem Druck (p) entspricht. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung mindestens eines an mindestens einem Bauteil einer Fahrzeugsitzstruktur (100) applizierbaren ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensors (10, 10F, 10I) mit kapazitiven oder piezoresistiven Eigenschaften zur Ermittlung von auf die Fahrzeugsitzstruktur (100) wirkenden Kräften (F) und/oder Drücken (p) innerhalb der Fahrzeugsitzstruktur (100) oder gegenüber einer Karosserie (22) und zur Ermittlung der Masse (m) einer einen Fahrzeugsitz (102, 104) belegenden Person und/oder zur Ermittlung der Anzugsmomente (M) oder Lagermomente der auf die Bauteile der kraftschlüssigen Verbindungen (14, 16, 18, 20) [Verschraubungen und/oder Lager] aufgebrachten Kräfte (F) und/oder Drücke (p).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Die Erfindung betrifft ferner gemäß Anspruch 9 die Verwendung von Dünnschichtsensoren zur Sitzbelegungserkennung in Fahrzeugsitzstrukturen.
Die Erkennung der Sitzbelegung eines Kraftfahrzeugsitzes (Sitz belegt, Sitz nicht belegt) erreicht im Zusammenwirken mit dem Auslösen von Insassenschutzmitteln wie Airbags, Gurtstraffer, etc. zunehmend Bedeutung. So besteht beispielsweise der Wunsch, dass ein Airbag in einer Unfallsituation nur dann ausgelöst wird, wenn der Fahrzeugsitz, dem der Airbag zugeordnet ist, auch von einem Insassen besetzt ist. Löst ein Airbag auch bei unbesetztem Fahrzeugsitz aus, so fallen unnötigerweise hohe Reparaturkosten an. Überdies können weitere Fahrzeuginsassen durch den beim Aufblasen des Airbags entstehenden Lärmpegel und erhöhten Innenraumdruck unnötig irritiert und gesundheitlich belastet werden.
Zudem fordert ein Standard der amerikanischen Gesetzgebung FMVSS 208 eine Sitzbelegungserkennung nach Masseklassen und eine entsprechende Ansteuerung der Rückhaltesysteme, wie Airbags und Gurtstraffer.
Bei zukünftigen Airbaggenerationen soll beispielsweise laut der amerikanischen Gesetzgebung FMVSS 208 in Abhängigkeit davon, ob sich eine Person oder ein Kind beziehungsweise zusätzlich ein Kindersitz auf dem Beifahrersitz befindet, der Airbag gezielt aktiviert oder deaktiviert werden. Zur Sitzbelegungserkennung werden bereits Systeme eingesetzt, die durch einen oder mehrere druckabhängige Sensoren im Sitz anhand von Druckprofil oder Gewicht einen Erwachsenen auf dem Beifahrersitz von einem Kind beziehungsweise von einem Kindersitz unterscheiden können.
Aktuell können die Insassenklassifizierungen mit Systemen, wie Gewichtsmatten DE 199 59 276 A1 , die in die Untersitzdrahtstruktur oder wie in der DE 196 01 969 A1 in das Sitz-Schaumteil integriert sind durchgeführt werden. Die gewichtsbasierenden Matten der DE 199 59 276 A1 und der DE 196 01 969 A1 müssen in komplizierter Weise in die Unterstruktur oder das Schaumteil integriert werden. Die Anordnung solcher Systeme ist auch negativ hinsichtlich einer somit sehr komplexen Ausführung und für das Komfortverhalten, denn zumindest bei Anordnung der Gewichtsmatten im Schaumteil wird die Wasserdampfdurchlässigkeit negativ beeinflusst.
Insbesondere bei der Messung an der Auflagefläche von Fahrzeugsitzen und Übertragung der Kräfte auf die Messeinrichtungen haben sich zudem im Zusammenhang mit der Anbringung von Kindersitzen Probleme ergeben. Problematisch dabei ist, dass durch die übliche Befestigung des Kindersitzes mit dem Sicherheitsgurt die Steuerung irregeführt werden kann. Der Sicherheitsgurt erzeugt bei der Befestigung des Kindersitzes durch eine Gurtstraffung erhöhte Kräfte, die den eingebauten Sensoren höhere Gewichtskräfte signalisieren als dem tatsächlichen Gewicht des Kindes mit dem Kindersitz entsprechen. Dadurch kann beispielsweise die Airbagsteuerung fälschlicher Weise von einer Sitzbelegung mit einem leichten Erwachsenen anstelle von der eines Kindes ausgehen. Im Kollisionsfalle würde dann der Airbag normal ausgelöst, obwohl der Sitz mit einem Kindersitz und einem Kind belegt ist. Es sind sogar signalisierte Gurtkräfte von 100 kg bei einer Kindersitzbefestigung möglich, so dass eine Unterscheidung zwischen Erwachsenem und Kindersitz nur aufgrund der gemessenen Masse, mit welcher der Sitz belegt ist, gänzlich unmöglich wird. Insbesondere bei Gurtstraffungen im Zusammenhang mit einer elektrischen Höhenverstellung des Fahrzeugsitzes nach dem Festschnallen des Kindersitzes sind diese hohen Gurtkräfte von 100 kg nicht ungewöhnlich. Weiterhin sind auch Kindersitzmodelle auf dem Markt, die durch ihr hohes Eigengewicht mit einem Kind zusammen, selbst bei nicht oder nur schwach verzurrtem Gurt, durchaus in den Gewichtsbereich des aus der Kraftfahrzeugtechnik bekannten Begriffes der „5 %-Frau" gelangen, so dass eine Unterscheidung aufgrund der Belegungsmasse hier nicht möglich ist.
Bei Messungen, die nicht im Bereich der Auflagefläche durchgeführt werden, treten diese Probleme nicht auf. Allgemein bekannt sind hier Dehnungsmessstreifen (DMS), die in Sitzaufnahmen der Fahrzeugsitze angeordnet werden. Sie erfordern jedoch die Anordnung eines Verformungskörpers, der sich zwischen Sitz und Konsole befindet und gegebenenfalls durch seine Bauweise das Komfortverhalten des Fahrzeugsitz negativ beeinflusst.
Ferner ist aus der DE 100 35 483 B4 ein Gewichtsmessbolzen als Kraftaufnehmer bekannt, bei dem ein Dehnungskörper eine Scherkraft zwischen zwei zueinander beweglichen Teilen an einem Fahrzeugsitz und einer Halterung des Fahrzeugsitzes ermittelt. Diese Bolzen erfordern jedoch in nachteiliger Weise eine Anpassung der herkömmlichen Sitzstruktur.
Schließlich ist eine Messvorrichtung aus der WO 01/18507 A1 bekannt, welche ein Kraftübertragungselement und eine Messeinrichtung aufweist. Das Kraftübertragungselement wird an einem Fahrzeugsitz befestigt und ist mit der Messeinrichtung fest verbunden. Die Messeinrichtung ist mit einer Sitzschiene im Boden des Fahrzeugs oder einem anderen geeigneten Karosserieteil verbunden. Solche Messvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass nicht nur die vertikale Gewichtskraft, welche gemessen werden soll, sonder auch Kräfte, welche in andere Richtungen wirken, in die Messeinrichtung eingeführt werden und somit das Messergebnis verfälschen.
In der EP 0 670 480 A1 ist eine Messvorrichtung beschrieben, bei welcher die zu messende Druckkraft über einen Druckstab zu der Messzelle zugeführt wird. Der Druckstab kann hierbei eine leichte Dreh- und Neigbewegung durchführen.
Die neue FMVSS-Standard 208 fordert neben der eindeutigen Zuordnung und Unterscheidung der Belegungsmasse eine Sitzbelegungserkennung nach Masseklassen, wie in 1 dargestellt, und daraus abgeleitet eine Ansteuerung der Rückhaltesysteme.
1 zeigt, dass die Insassen eines Kraftfahrzeuges, die auf einem Fahrzeugsitz Platz nehmen statistisch in Gruppen einteilbar sind, deren Massen für einen 1-Jährigen im Bereich von 10 bis max. 30 kg liegen können. Für 3- bis 6-Jährige erhöhen sich die Werte entsprechend 1 auf circa 15 bis 40 kg und 5% der Frauen wiegen circa 35 kg bis 50 kg, wobei circa 50% der Männer oberhalb von 50 kg eingeordnet werden können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Messvorrichtung zur Sitzbelegungserkennung bereitzustellen, welche ein präzises und sicheres Messen, der in die Fahrzeugsitzstruktur eingeleiteten Gewichtskräfte ermöglicht.
Bekannt sind Dünnschichtsensoren, deren physikalischer Effekt auf piezoresistiven oder kapazitiven wirkenden Schichten oder Schichtsystemen beruht.
Diese physikalischen Effekte werden in der DE 103 03 425 A1 dazu benutzt, um die Beanspruchung und/oder den Zustand eines Werkzeuges einer Werkzeugmaschine zu bestimmen. Auf die Art und Weise der Herstellung und Funktionsweise der Dünnschichtsensoren, wie sie in der DE 103 03 425 A1 mit Verweis auf die DE 199 54 164 A1 beschrieben sind, wird hier Bezug genommen, so dass die dort genannten Merkmale beider Offenlegungsschriften insbesondere bezüglich Herstellung und allgemeiner Funktionsweise als Offenbarung im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung zu betrachten sind.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass an mindestens einem im Kraftfluss liegendem Bauteil einer an einer Karosserie angeordneten Fahrzeugsitzstruktur mindestens ein ein- oder mehrschichtiger Dünnschichtsensor applizierbar ist, dessen Ausgangssignal einer auf das Bauteil wirkenden Kraft und/oder einem Druck entspricht. Zudem wird die Aufgabe durch die Erkenntnis gelöst, dass es möglich ist ein- oder mehrschichtige Dünnschichtsensoren mit kapazitiven oder piezoresistiven Eigenschaften zur Ermittlung von auf eine Fahrzeugsitzstruktur wirkenden Kräften und/oder Drücken in dem mindestens einen Bauteil, insbesondere in kraftschlüssigen Verbindungen [Verschraubungen und/oder Lagern] innerhalb der Fahrzeugsitzstruktur oder gegenüber einer Karosserie zu verwenden, um eine Masse einer, einen Fahrzeugsitz belegenden Person und/oder Anzugsmomente oder Lagermomente des mindestens einen Bauteils, insbesondere innerhalb der auf die kraftschlüssigen Verbindungen [Verschraubungen und/oder Lager] aufgebrachten Kräfte und/oder Drücke zu ermitteln.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Dünnschichtsensor aus einer Schicht mit kapazitiven oder piezoresistiven Eigenschaften ausgebildet, wobei erfindungsgemäß auch ein mehrschichtiger Aufbau aus Isolationsschichten und den kapazitiven oder piezoresistiven Funktionsschichten ausbildbar ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Dünnschichtsensor also stets mindestens eine Funktionsschicht mit piezoresistiven Eigenschaften zur direkten Messung der Kraft und/oder dem Druck auf oder der mindestens eine Dünnschichtsensor weist mindestens eine Funktionsschicht mit kapazitiven Eigenschaften zur indirekten Messung der Kraft und/oder dem Druck über einen Abstand zwischen der Funktionsschicht und einer der Funktionsschicht gegenüber liegenden metallischen Fläche auf.
Beide Ausführungsformen sind als mehrschichtige Dünnschichtsensoren ausbildbar, bei denen an der Funktionsschicht des Dünnschichtsensors mindestens einseitig mindestens eine Isolationsschicht angeordnet ist, die insbesondere eine Si-O-DLC (DLC: amorphe diamantähnliche Kohlenstoffschicht) oder eine Al₂O₃-Schicht sein kann.
Die Herstellung und die spezifischen Eigenschaften einer kapazitiven und einer piezoresistiven Funktionsschicht, wie sie für die Sitzbelegungserkennung zum Einsatz kommen kann, ist in der DE 199 54 164 A1 und der DE 103 03 425 A1 näher beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt als Bestandteil der vorliegenden Patentanmeldung hier gesondert hingewiesen wird.
Beide Ausführungsformen – kapazitiv und piezoresistiv – eignen sich zur Bestimmung von Lageänderungen mit Genauigkeiten von wenigen Nanometern.
Zur Messung der an mindestens einem im Kraftfluss liegenden Bauteil wirkenden Kraft und/oder des Druckes wird an dem beanspruchten Bauteil mindestens ein ein- oder mehrschichtiger Dünnschichtsensor appliziert. In der kapazitiven Ausführungsform bildet die jeweils eine, auch partiell ausbildbare Sensorfläche, mit einer gegenüberliegenden Metallfläche einen Plattenkondensator, dessen Kapazität mit dem Abstand des Sensors variabel ist. Damit kann bei konstanter Spannung an den Sensoren der Stromfluss über die Anschlüsse gemessen und ein der wirkenden Kraft und/oder dem Druck analoges Ausgangssignal als Steuer- oder Regelsignal erzeugt werden.
In der zweiten Ausführungsform erfolgt eine Messung der auftretenden Kräfte und Drücke direkt an dem beanspruchten Bauteil, an welchem ein ein- oder mehrschichtiger piezoresistiver Dünnschichtsensor mit der entsprechenden Funktionsschicht und gegebenenfalls Isolationsschichten appliziert worden ist.
Für beide Ausführungsformen gilt, dass je nach Anordnung eines kapazitiven oder piezoresistiven einen ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensors das Ausgangssignal entweder eine Funktion der Axialkraft oder eine Funktion der Axialkraft und der wirkenden Radialkraft ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das im Kraftfluss liegende Bauteil eine Unterlegscheibe, ein Bolzen, eine Mutter an einer Befestigungsstelle [Anbindungspunkt] innerhalb der Fahrzeugsitzstruktur oder zwischen Fahrzeugsitzstruktur und der Karosserie oder ein Lager der Fahrzeugsitzstruktur an einer Lagerstelle [Anbindungspunkt] oder dergleichen, wobei der applizierbare ein- oder mehrschichtige Dünnschichtsensor auf diese im Kraftfluss liegenden Bauteilen zumindest partiell appliziert wird.
Der Dünnschichtsensor wird in kraftschlüssigen Verbindungen angeordnet, die zumeist innerhalb einer Fahrzeugsitzstruktur in Form von Verschraubungen mit einer Schraube oder einem Bolzen, einer Unterlegscheibe und einer gegenüberliegenden Schraubmutter ausgeführt sind. Solche kraftschlüssigen Verbindungen sind insbesondere in der Fahrzeugsitzstruktur zwischen einer Konsole und dem Fahrzeugsitz – aus Rückenlehne und Sitzteil – oder zwischen Sitzteil und/oder Rückenlehne und einem Fahrzeugsitzuntergestell oder zwischen dem Fahrzeugsitzuntergestell und der Konsole oder zwischen der Konsole und der Karosserie angeordnet.
Ferner kann der ein- oder mehrschichtige Dünnschichtsensor auch in einem Lager einer Lagerstelle zwischen einer Konsole und dem Fahrzeugsitz – aus Rückenlehne und Sitzteil – oder zwischen Sitzteil und/oder Rückenlehne und einem Fahrzeugsitzuntergestell oder zwischen dem Fahrzeugsitzuntergestell und der Konsole oder zwischen der Konsole und der Karosserie angeordnet sein.
Wie bereits erwähnt, hängt es von der Ausführung der Funktionsschicht ab, ob als Ausgangssignal nur eine Axialkraft oder eine Axial- und Radialkraft gemessen wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht auch die Möglichkeit der mehrfachen Anordnung von ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensoren in geeigneten Anbindungspunkten der Fahrzeugsitzstruktur, so dass durch deren Verschaltung der Masseschwerpunkt der Fahrzeugssitzstruktur erfassbar ist. Zudem besteht die Möglichkeit zur Erfassung genauer Messergebnisses, zur Bestimmung der Masse des Benutzers eine Korrektur der axial wirkenden Kräfte und/oder der axial wirkenden Drücke hinsichtlich der radial auf die kraftschlüssigen Verbindungen [Verschraubungen, Lager] wirkenden Kräfte und/oder Drücke vorzunehmen.
Für alle kraftschlüssigen Verbindungen des Sitzbelegungserkennungssystems ist ferner in bevorzugter Ausgestaltung durch die Anordnung eines ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensors die Ermittlung von Anzugsmomenten oder Lagermomenten der im Kraftfluss liegenden Bauteile möglich. Insbesondere Schrauben/Bolzen und Muttern der zumeist mehrfach vorhandenen Verschraubungen innerhalb der Fahrzeugsitzstruktur oder im Kraftfluss liegende Lager sind mindestens einschichtig mit der Funktionsschicht applizierbar, so dass beispielsweise Verschraubungen oder Lager zwischen Fahrzeugsitz und einer Konsole und/oder zwischen Fahrzeugsitz und einem Fahrzeugsitzuntergestell und/oder zwischen dem Fahrzeugsitzuntergestell und der Konsole und/oder zwischen der Konsole und der Karosserie ermittelbar sind.
Hierbei gilt analog, dass je nach Anordnung des ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensors axial wirkende Kräfte und/oder Drücke beziehungsweise axial und radial wirkende Kräfte und/oder Drücke für das Anzugsmoment ermittelbar sind, wobei wiederum die Mehrfachanordnung der Dünnschichtsensoren möglich ist, durch deren Verschaltung die radial wirkenden Kraftkomponenten beziehungsweise Druckkomponenten neben den axial wirkenden Kräften und Drücken zu ermitteln beziehungsweise den radialen Anteil der Messergebnisse zur Korrektur der unverfälschten axial wirkenden Kräfte und/oder Drücke der Anzug- oder Lagermomente zu nutzen sind.
Das Sitzbelegungserkennungssystem, beziehungsweise die Verwendung von an mindestens einem Bauteil applizierten aus mindestens einer Funktionsschicht aufgebauten Dünnschichtsensor mit oder ohne Isolationsschicht, hat insbesondere den Vorteil, dass hinsichtlich der bestehenden Lösungen keine Umbauten oder zusätzliche Bauräume erforderlich sind. Die entsprechenden Verschraubungen beziehungsweise kraftschlüssigen Verbindungen oder auch Lager in den Lagerstellen werden in den jeweiligen Anbindungspunkten mit den Funktionsschichten und gegebenenfalls Isolationsschichten versehen, die bei Mehrfachanordnung untereinander elektrisch verschaltet werden oder deren Einzelsignal an eine entsprechende Auswerteeinheit übertragen wird. Die Applikation der mindestens einen Funktionsschicht als Dünnschichtsensor hat somit in vorteilhafter Weise keinen Einfluss auf das Komfort- oder Crashverhalten von Fahrzeugsitzen. Die zumeist geforderte geringe Bauhöhe der Fahrzeugsitzstruktur wird durch diese erfindungsgemäße Lösung nicht beeinflusst.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm zur Klassifizierung nach dem FMVSS Standard 208;
2 eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugsitzes beziehungsweise einer Fahrzeugsitzstruktur mit beispielhaften Anbindungspunkten in den die Dünnschichtsensoren anordbar sind;
3 einen schematischer Aufbau eines Dünnschichtsenors an einem im Kraftfluss liegende Bauteil;
4 einen Dünnschichtsensor in einer Schraubverbindung und
5 einen Dünnschichtsensor mit elektrischem Anschluss.
1 zeigt die bereits beschriebene Klassifizierung in Nutzergruppen, die nach dem FMVSS Standard 208 durch das erfindungsgemäße Sitzbelegungserkennungssystem ermittelbar sind, so dass in Abhängigkeit der jeweiligen ermittelten Klasse eine Ansteuerung der Rückhaltesysteme erfolgen kann.
2 zeigt beispielhaft eine Fahrzeugsitzstruktur 100, die an einer Karosserie 22 befestigt ist. Die Fahrzeugsitzstruktur 100 weist die im Wesentlichen bekannten Komponenten auf, wie sie in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Der Fahrzeugsitz weist eine Rückenlehne 102 und ein Sitzteil 104 auf, welche im Ausführungsbeispiel über ein Fahrzeugsitzuntergestell 106 auf einer Konsole 108 verschiebbar auf einer Sitzschiene angebracht sind. Die Konsole 108 ist in geeigneter Weise mit der Karosserie 22 verbunden.
In diesem System der Fahrzeugsitzstruktur 100 befinden sich mehrere kraftschlüssige Verbindungen und Lagerstellen, die durch Anordnung von Dünnschichtsensoren jeweils geeignet sind, die auf sie wirkenden Kräfte F und/oder Drücke p, die beim Aufsitzen eines Benutzers auf den Fahrzeugsitz 102, 104 in die Fahrzeugsitzstruktur 100 eingeleitet werden, zu ermitteln.
Dazu wird an den geeigneten Stellen ein einschichtiger Dünnschichtsensor 10, 10_F oder ein mehrschichtiger Dünnschichtsensor 10, 10_F , 10_I appliziert.
Der Aufbau eines mehrschichtigen Dünnschichtsensors 10, 10_F , 10_I ist in den 3 bis 5 dargestellt.
2 zeigt zunächst die möglichen Anbindungspunkte der ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensoren 10, 10_F beziehungsweise 10, 10_F , 10_I .
Für diese Anbindungspunkte gilt jeweils, dass in dem angeordneten mindestens einen ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensoren 10, 10_F beziehungsweise 10, 10_F , 10_I mindestens eine Funktionsschicht mit kapazitiven oder piezoresistiven Eigenschaften ausgeführt ist.
Eine Anordnung des ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensors 10, 10_F oder 10, 10_F , 10_I erfolgt vorzugsweise in mindestens einer der kraftschlüssigen Verbindungen, insbesondere in Verschraubungen 14, 16, 18 der Fahrzeugsitzstruktur 100 zwischen Sitzteil 104 und/oder Rückenlehne 102 und einem Fahrzeugsitzuntergestell 106 oder zwischen Fahrzeugsitzuntergestell 106 und einer Konsole 108 oder zwischen der Konsole 108 und der Karosserie 22.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen Fahrzeugsitzuntergestell 106 und Konsole 108 zusätzlich eine Sitzschiene angeordnet, so dass die Verschraubungen in den Anbindungspunkten gleichzeitig zur Befestigung der Sitzschiene auf der Konsole 108 dienen.
Grundsätzlich kann ausgehend vom Fahrzeugsitz 102, 104 als Anbindungspunkt zwischen Fahrzeugsitz 102, 104 und Fahrzeugsitzuntergestell 106 auch nur das Sitzteil 104 gewählt werden, wenn die Rückenlehne 102 beispielsweise über Beschläge direkt an dem Sitzteil 104 befestigt ist.
Wenn nicht, wie in 2 dargestellt, Verschraubungen 14, 16, 18 ausgeführt sind um den Fahrzeugsitz 102, 104 auf der Karosserie 22 durch entsprechende Bauteile 106, 108 zu befestigen, so besteht auch die Möglichkeit den ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensor 10, 10_F beziehungsweise 10, 10_F , 10_I in entsprechenden Lagern 20 in ausgebildeten Lagerstellen anzuordnen.
Zur Messung der Kräfte F und/oder der Drücke p und zur Ermittlung der Masse m des auf den Fahrzeugsitz 102, 104 aufsitzenden Passagiers sind vor allem die axialen Kräfte von Bedeutung, so dass insbesondere durch eine Mehrfachanordnung von ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensoren 10, 10_F beziehungsweise 10, 10_F , 10_I in der Fahrzeugsitzstruktur 100 eine Verschaltung der auswertbaren Dünnschichtsensorsignale zu Ermittlung des Masseschwerpunktes und zur Korrektur der axial wirkenden Kraft F und/oder eines axial wirkenden Druckes p von radial auf die Verschraubung 14, 16, 18 oder das Lager 20 der Lagerstelle wirkenden Kräfte F und/oder des Druckes p dient.
4 zeigt beispielsweise eine mögliche Verschraubung 14, 16, 18, die in den Anbindungspunkten, wie in 2 dargestellt, zum Einsatz kommen kann. Die Verschraubung weist eine Schraube oder einen Bolzen 14 auf, denen eine Schraubmutter 18 gegenüber liegt und vorzugsweise zur Erhöhung der Auflagefläche eine Unterlegscheibe 16 zugeordnet ist. Je nach Anordnung der Schraubverbindung 14, 16, 18 ist nun auf den entsprechenden im Kraftfluss liegenden Flächen der Bauteile – hier der Unterlegscheibe 16 – eine Funktionsschicht 10_F mit oder ohne Isolationsschicht 10_I applizierbar.
Dabei können die Schichten 10_F , 10_I direkt auf das entsprechende Bauteil auf der im Kraftfluss liegenden Fläche appliziert werden, wobei dazu die in den Druckschriften DE 103 03 425 A1 und DE 199 54 164 A1 beschriebenen Verfahren zur Anwendung kommen können. Die ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensoren 10, 10_F oder 10, 10_F 10_I können aber auch als separate Bauteile appliziert werden.
Ein ein- oder mehrschichtiger Dünnschichtsensor 10, 10_F oder 10, 10_F , 10_I an einer Unterlegscheibe 16 ist beispielhaft in 3 dargestellt. Auf einer im Kraftfluss liegenden Fläche wird auf die Unterlegscheibe 16 mindestens eine Funktionsschicht 10_F appliziert, so dass ein Dünnschichtsensor 10, 10_F entsteht, der dadurch als „intelligente Unterlegscheibe" benutzt werden kann, da die Unterlegscheibe 16 nun in der Lage ist, die auf sie einwirkenden axialen und/oder radialen Kräfte zu ermitteln. Die Funktionsschicht 10_F ist unter Hinzufügung mindestens einer Isolationsschicht 10_I auch als Schichtsystem ausbildbar.
Mögliche Materialen aus denen die Funktionsschicht beziehungsweise die Isolationsschicht hergestellt werden kann, sind in den bereits oben erwähnten Druckschriften DE 103 03 425 A1 und DE 199 54 164 A1 beschrieben.
Die applizierbaren Schichtdicken liegen wie in 3 dargestellt im μm-Bereich, wobei die Isolationsschichten 10_I im Ausführungsbeispiel aus einer Si-O-DLC (DLC: amorphe diamantähnliche Kohlenstoffschicht) oder eine Al₂O₃-Schicht ausgebildet sind und circa. 5 μm betragen.
Als Funktionsschicht 10_F sind im Ausführungsbeispiel Schichtdicken von 0,2 μm angegeben, wobei nur beispielhaft eine TiN-Schicht (Titan-Nitrit-Schicht) angegeben ist.
Neben der direkten Applikation auf die beispielhaft dargestellte Unterlegscheibe 16 können auch Applikationen auf die Schrauben und/oder Bolzen 14 oder Schraubmuttern 18 erfolgen. Ferner können in entsprechenden Lagern 20 an den genannten oder anderen Lagerstellen gleichermaßen Funktions- und gegebenenfalls Isolationsschichten 10_F , 10_I als Dünnschichtsensoren mit und ohne Schichtaufbau appliziert werden.
5 zeigt einen Anwendungsfall, bei dem gemäß 4 auf einer im Kraftfluss liegenden Fläche der Unterlegscheibe 16 ein mindestens einschichtiger Dünnschichtsensor 10, 10_F in einer Art separater Scheibe angeordnet werden kann, wobei diese Scheibe als Dünnschichtsensor 10, 10_F über einen entsprechenden Kontakt 24 mit Energieversorgungs- und Signalleitungen 12 versehen ist, so dass die entsprechenden Signale an den Anbindungspunkten, Verschraubungen oder Lagerstellen ermittelt werden können.
Diese einfache Art der Anordnung von ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensoren 10, 10_F beziehungsweise 10, 10_F , 10_I bietet die einfache Möglichkeit auch bereits existierende Fahrzeuge mit dieser Technik nachzurüsten.
Die in 5 dargestellte geometrische Form kann auch an die Form von Muttern 18 oder Schrauben und Bolzen 14 angepasst werden, so dass hier nicht nur „intelligente Unterlegscheiben" 16 sondern auch „intelligente Schrauben/Bolzen" und „intelligente Muttern" ausbildbar sind.
Dadurch sind durch die „intelligenten Unterlegscheiben" 16 und/oder intelligenten Schrauben/Bolzen" und/oder intelligenten Muttern" neben der Sitzbelegungserkennung unter Ermittlung der Kräfte F und/oder Drücke p zur Errechnung der aufsitzenden Masse m in den beschriebenen Anbindungspunkten der Fahrzeugsitzstruktur 100 gleichzeitig auch deren Anzugsmomente M (siehe 2) ermittelbar.
Die Erfindung ermöglicht also eine kostengünstige und leicht einsetzbare beziehungsweise nachrüstbare Messmöglichkeit innerhalb einer Fahrzeugsitzstruktur oder in einer Verbindungsstelle zur Karosserie, um eine Klassifizierung nach dem geforderten Standard FMVSS 208 vornehmen und daraus abgeleitet die Rückhaltesysteme entsprechend anzusteuern zu können.

10: Dünnschichtsensor
10_F: Funktionsschicht
10_I: Isolationsschicht
12: Energieversorgungs- und Signalleitungen
14: Schraube/Bolzen
16: Unterlegscheibe
18: Schraubmutter
20: Lager
22: Karosserie
24: Kontakt
100: Fahrzeugsitzstruktur
102: Rückenlehne
104: Sitzteil
106: Fahrzeugsitzuntergestell [Unterkonstruktion und Sitzschiene]
108: Konsole
F: Kräfte
p: Drücke
m: Masse

Claims

Sitzbelegungserkennungssystem mit in die Fahrzeugsitzstruktur integrierten Sensoren zur gezielten Auslösung und Ansteuerung von Rückhaltesystemen, wie Gurtstraffer und/oder Gurtkraftbegrenzer und/oder Airbags, insbesondere zur Sitzbelegungserkennung nach Masseklassen, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem im Kraftfluss liegendem Bauteil (14, 16, 18, 20) einer an einer Karosserie (22) angeordneten Fahrzeugsitzstruktur (100) mindestens ein ein- oder mehrschichtiger Dünnschichtsensor (10, 10_F , 10_I ) applizierbar ist, dessen Ausgangssignal einer auf das Bauteil (14, 16, 18, 20) wirkenden Kraft (F) und/oder einem Druck (p) entspricht.
Sitzbelegungserkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dünnschichtsensor (10) mindestens eine Funktionsschicht (10_F ) mit piezoresistiven Eigenschaften zur direkten Messung der Kraft (F) und/oder dem Druck (p) aufweist.
Sitzbelegungserkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dünnschichtsensor (10) mindestens eine Funktionsschicht (10_F ) mit kapazitiven Eigenschaften zur indirekten Messung der Kraft (F) und/oder dem Druck (p) über einen Abstand zwischen der Funktionsschicht (10_F ) und einer der Funktionsschicht (10_F ) gegenüber liegenden metallischen Fläche der Fahrzeugsitzstruktur (100) aufweist.
Sitzbelegungserkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine im Kraftfluss liegende Bauteil, eine Unterlegscheibe (14) und/oder ein Bolzen (16) und/oder eine Schraubmutter (18) und/oder ein Lager (20) oder dergleichen ist.
Sitzbelegungserkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine ein- oder mehrschichtige Dünnschichtsensor (10, 10_F , 10_I ) in einer kraftschlüssigen Verbindungen, insbesondere in einer Verschraubung (14, 16, 18) der Fahrzeugsitzstruktur (100) zwischen Sitzteil (104) und/oder Rückenlehne (102) und einem Fahrzeugsitzuntergestell (106) oder zwischen Fahrzeugsitzuntergestell (106) und einer Konsole (108) oder zwischen der Konsole (108) und der Karosserie (22) angeordnet ist.
Sitzbelegungserkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine ein- oder mehrschichtige Dünnschichtsensor (10, 10_F , 10_I ) in einer kraftschlüssigen Verbindungen, insbesondere in einem Lager (20) einer Lagerstelle der Fahrzeugsitzstruktur (100) zwischen Sitzteil (104) und/oder Rückenlehne (102) und dem Fahrzeugsitzuntergestell (106) oder zwischen dem Fahrzeugsitzuntergestell (106) und der Konsole (108) oder zwischen der Konsole (108) und der Karosserie (22) angeordnet ist.
Sitzbelegungserkennungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrfache Anordnung eines ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensors (10, 10_F , 10_I ) in der Fahrzeugsitzstruktur (100) durch eine Verschaltung der auswertbaren Dünnschichtsensorsignale zur Ermittlung des Masseschwerpunktes und zur Korrektur einer axial wirkenden Kraft (F) und/oder eines axial wirkenden Druckes (p) von radial auf die Verschraubung (14, 16, 18) oder das Lager (20) der einer Lagerstelle wirkende Kräfte (F) und/oder Drücke (p) dient.
Sitzbelegungserkennungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch den mindestens einen ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensor (10, 10_F , 10_I ) neben der Sitzbelegungserkennung die Anzugsmomente (M) der im Kraftfluss liegenden Bauteile, insbesondere der Schrauben/Bolzen (14) der Verschraubungen (14, 16, 18) und Lager (20) der Fahrzeugsitzstruktur (100) zwischen Sitzteil (104) und/oder Rückenlehne (102) und dem Fahrzeugsitzuntergestell (106) oder zwischen Fahrzeugsitzuntergestell (106) und Konsole (108) oder zwischen der Konsole (108) und der Karosserie (22) ermittelbar sind, wobei axial wirkende Kräfte (F) oder axial wirkende Drücke (P) der Anzugsmomente (M) oder Lagermomente der im Kraftfluss liegenden Bauteile, insbesondere der Verschraubungen (14, 16, 18) und Lager (20), analog zu Anspruch 7, durch Mehrfachanordnung und Verschaltung der Dünnschichtsensorsignale hinsichtlich des Einflusses radial wirkender Kräfte (F) und/oder Drücken (p) korrigierbar sind.
Verwendung mindestens eines an mindestens einem Bauteil einer Fahrzeugsitzstruktur (100) applizierbaren ein- oder mehrschichtigen Dünnschichtsensors (10, 10_F , 10_I ) mit kapazitiven oder piezoresistiven Eigenschaften zur Ermittlung von auf die Fahrzeugsitzstruktur (100) wirkenden Kräften (F) und/oder Drücken (p) innerhalb der Fahrzeugsitzstruktur (100) oder gegenüber einer Karosserie (22) und zur Ermittlung der Masse (m) einer, einen Fahrzeugsitz 102, 104 belegenden Person und/oder zur Ermittlung der Anzugsmomente (M) oder Lagermomente, der auf die Bauteile der kraftschlüssigen Verbindungen (14, 16, 18, 20) [Verschraubungen und/oder Lager] aufgebrachten Kräfte (F) und/oder Drücke (p).