DE102006047392A1

DE102006047392A1 - Verbindungselement für einen Einbau in einem Fahrzeugsitzgestühl und Verfahren zur Kraftmessung für ein Fahrzeugsitzgestühl

Info

Publication number: DE102006047392A1
Application number: DE102006047392A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lich; Torsten Novi Grotendiek; Darren Brighton Lee
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-10-07
Also published as: DE102006047392B4

Abstract

Es wird ein Verbindungselement für einen Einbau in ein Fahrzeugsitzgestühl bzw. ein Verfahren zur Kraftmessung für ein Fahrzeugsitzgestühl vorgeschlagen. Bei dem Verbindungselement wird ein Biegeelement unter einer Krafteinleitung gebogen, so dass anhand der Biegung eine Kraftmessung erfolgt. Die Krafteinleitung erfolgt an wenigstens zwei Angriffspunkten, wobei die wenigstens zwei Angriffspunkte in Bezug auf einen Mittelpunkt des wenigstens einen Biegeelements an verschiedenen Winkeln vorgesehen sind und dass eine Sensorik an dem wenigstens einen Biegeelement vorgesehen ist, die anhand der Biegung die Kraftmessung in mindestens zwei Raumrichtungen durchführt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für einen Einbau in einem Fahrzeugsitzgestühl bzw. ein Verfahren zur Kraftmessung für ein Fahrzeugsitzgestühl nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Aus DE 102 42 251 A1 ist ein Kraftsensor bekannt, bei dem ein hohlzylindrisches Biegeelement vorgesehen ist, das sich infolge der Krafteinwirkung auf ein das Biegeelement umgebenden Topf verbiegt, so dass eine Sensorik in Abhängigkeit von dieser Verbiegung die Kraft messen kann.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verbindungselement für einen Einbau in einem Fahrzeugsitzgestühl bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Kraftmessung für ein Fahrzeugsitzgestühl mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass das Verbindungselement nunmehr zur Erfassung von Kräften in mindestens zwei Raumrichtungen konfiguriert ist. Um dies zu erreichen, wird die Krafteinleitung an wenigstens zwei Angriffspunkten vorgesehen, die in Bezug auf den Mittelpunkt des Biegeelements winklig zueinander angeordnet sind. Mit diesem erfindungsgemäßen Verbindungselement bzw. Verfahren ist damit ein weitgrößerer Einsatz möglich, als mit dem Kraftmesselement gemäß des Stands der Technik.
Die konstruktive Eliminierung der auftretenden Momente und Kräfte, die gemäß des Stands der Technik nicht gemessen werden sollen, wird erfindungsgemäß gemessen und kann direkt zur Kompensation verwendet werden. Im Stand der Technik werden derzeit nur Kräft in einer Raumrichtung erfasst. Es wird versucht, auftretende Momente rechnerisch zu ermitteln, um deren Störeinfluß auf die Kraftmessung zu eliminieren. Die kontstruktive Auslegung liefert die auftretenden Momente als Messsignal und damit lässt sich das gewünschte Nutzsignal einfach korrigieren.
Die Erfassung der dritten Dimension erfolgt über die verteilte Anordnung der Kraftmesselemente in Bezug auf das Sitzgestühl. Durch die räumliche Trennung der jeweiligen Messelemente kann so auch die dritte Raumrichtung ermittelt werden.
Durch die Erfassung der Kräfte in allen Raumrichtungen können vorteilhafter Weise diese Signale einem Fahrdynamiksystem, wie einem ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) und oder einem Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln und/oder mittels Umfeldsensorik und/oder Fahrwerksystemen, wie aktive Federsysteme und oder anderen Signalen von z. B. Komfortsystem oder Navigationssystem kombiniert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die durch den Insassen bedingte Erfassung von Kräften die Zustände des Insassen relativ zum Fahrzeug erfasst werden. Dadurch lässt sich in Bezug auf die passive Sicherheit eine für den Insassen verbesserte Auslösung erzielen.
Durch die bessere Lokalisierung des Insassen können individuelle Auslösestrategien für Personenschutzmittel implementiert werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verbindungselements bzw. des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verfahrens zur Kraftmessung möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Angriffspunkte durch Aussparungen getrennt werden. Diese Aussparungen sorgen für eine definierte Einleitung der Kraft an den vorgesehenen Angriffspunkten. Damit ist es möglich, in einfacher Art und Weise die Kräfte in den mindestens zwei Raumrichtungen zu erfassen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Biegelement mit einer Platte derart verbunden ist, dass die Krafteinleitung über die Platte erfolgt, wobei eben die Platte die vier Aussparungen aufweist. Diese Platte wird dann nicht nur zur Krafteinleitung verwendet, indem über die Hülse auf die Platte die Kraft übertragen wird. Die Aussparungen sorgen für die verschiedenen Angriffspunkte. Vorteilhafter Weise können diese vier Aussparungen zur Herausführung der Kabel von der Sensorik verwendet werden.
Die Hülse kann jedoch nicht nur in Verbindung mit der Platte zur Krafteinleitung verwendet werden, sondern auch ohne die Platte, wobei dann im Zusammenspiel zwischen dem Biegeelement und der Hülse die Aussparungen vorgesehen sind durch eine entsprechende Gestaltung, beispielsweise des Biegeelements oder der Hülse.
Vorteilhafter Weise können auftretende Momente durch eine Paaranordnung von Sensoren erreicht werden, indem diese Sensoren beabstandet sind. Anhand des Abstands und der gemessenen Signale können dann die Momente in den Raumrichtungen bestimmt werden. Zur Erfassung der Momente in den mindestens zwei Raumrichtungen haben sich vorteilhafter Weise vier Paare als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Als Sensoren können vorteilhafter Weise Dehnmessstreifen verwendet werden, die besonders günstig sind und auf dem Biegeelement in einfacher Art und Weise angeordnet werden können. Dies stellt im Vergleich zum Stand der Technik eine einfacherer Lösung dar. Anstatt von Dehnmessstreifen können jedoch auch andere Sensoren verwendet werden, wie magnetische Sensoren, indem beispielsweise die Hülse magnetisch ausgeführt ist und eine entsprechende Sensorik auf dem Biegeelement vorgesehen ist. Auch optische Sensoren können eingesetzt werden.
Vorteilhafter Weise weist das Biegeelement, das auch als Biegebalken bezeichnet werden kann, einen ersten Abschnitt mit den zwei Angriffspunkten zur Krafteinleitung auf. Dies kann beispielsweise auch eine stoffschlüssig oder kraftschlüssig angeschlossene Platte sein. Auf einem zweiten Abschnitt des Biegeelements sind dann die Sensoren positioniert. Diese beiden Abschnitte unterscheiden sich konstruktiv nach ihrem Verwendungszweck. Für die Sensoren müssen entsprechende Aussparungen vorgesehen sein, während für die Krafteinleitung die Aussparungen und auch die Verbindung zur Krafteinleitung vorgesehen sein muss.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild eines Gesamtsystems mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements,
3 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Realisierung von den Angriffspunkten,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Realisierung der Angriffspunkte,
5 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Platzierung der Sensoren,
6 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Platzierung der Sensoren,
7 eine Darstellung der Erläuterung der Momentenmessung,
8 ein zweites Beispiel zur Erläuterung der Momentenmessung,
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verbindungselement und
10 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Verbindungselemente der erfindungsgemäßen Art bzw. Kraftmesselemente, Kraftmessbolzen oder Kraftmesser werden zur Insassensensierung in Fahrzeugen verwendet. Dabei kann die Gewichtskraft, die auf den Sitz ausgeübt wird, und auch die Gewichtsverteilung präzise gemessen werden. Dies ermöglicht eine genaue Insassenklassifizierung und damit bei einem Unfall eine entsprechend präzise Ansteuerung von Personenschutzmitteln für den Insassen, der sich auf diesem Sitz befindet. Damit können insbesondere solche Insassen identifiziert werden, für die Personenschutzmittel, die eine Gefährdung des Insassen darstellen können, in der Auslösung unterdrückt werden. Eine Insassenklassifizierung kann jedoch auch für Komfortfunktionen verwendet werden, beispielsweise zur automatischen Sitzeinstellung. Auch Warnungen oder andere Hinweise können in Abhängigkeit von diesen Daten an den Insassen ausgegeben werden.
1 zeigt ein Gesamtsystem zur Insassenklassifizierung mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement. Ein Fahrzeugsitz 10 weist in seinem Sitzgestühl pro Seite das erfindungsgemäße Verbindungselement IB1 und IB2 auf. Vorliegend sind demnach vier Verbindungselemente im Sitzgestühl vorgesehen. Es ist möglich, weniger als diesen vier Verbindungselementen eine Insassenklassifizierung durchzuführen. Dies hängt insbesondere vom Genauigkeitsgrad der Insassenklassifizierung ab. Die Verbindungselemente verbinden das Sitzgestell 100 und die Sitzschwinge 102. Dabei ist die Schwinge 102 ein Los-Lager und das Sitzgestell 100 ein Fest-Lager.
Die Verbindungselemente IB1 und IB2 sind elektrisch an ein Steuergerät SG angeschlossen. Dabei weist die dem Verbindungselement zugeordnete Elektronik vorzugsweise eine Verstärkung der Messwerte und eine Digitalisierung auf, wobei aber auch eine analoge Übertragung möglich ist. Die Verbindung zwischen dem Steuergerät SG und den Verbindungselementen kann auch über einen LIN-Bus oder einen anderen Bus oder über eine Powerline-Datenübertragung in Form einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung realisiert sein. Auch eine K-Line-Verbindung oder eine drahtlose Übertragung ist vorliegend möglich.
Das Steuergerät SG weist Schnittstellen auf, um die Verbindungselemente IB1 und IB2 als Sensoren anzuschließen. Diese Schnittstellen stellen die Messwerte einem Prozessor, beispielsweise einem Mikrocontroller zur Auswertung zur Verfügung. Der Mikrocontroller als Auswerteschaltung klassifiziert das Objekt, das sich auf dem Sitz 10 befindet. Diese Klassifizierung wird vorliegend einem Airbagsteuergerät ABSG, das Personenschutzmittel ansteuert, und einer Fahrdynamikregelung ESP zur Verfügung gestellt. Im Weiteren ist vorgesehen, dass diese Steuergeräte ABSG und ESP auch Signale einer Umfeldsensorik und von nicht dargestellten kinematischen Sensoren bekommen. Auch eine Kommunikation und ein Datenaustausch zwischen den Steuergeräten ABSG und ESP ist möglich. In Abhängigkeit von diesen Signalen entscheidet das Personenschutzsteuergerät ABSG, ob die Personenschutzmittel, wie Airbags, Gurtstraffer und Überrollbügel angesteuert werden sollen. Die Fahrdynamikregelung ESP entscheidet in Abhängigkeit von diesen Signalen, ob ein Bremssystem BA oder eine Fahrdynamiksteuerung angesteuert werden soll oder nicht. Die Insassenklassifizierung hat auf diese Ansteuerung einen entscheidenden Einfluss, denn sie entscheidet, ob dieser Insasse zu schützen ist oder nicht.
2 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements. Das Verbindungselement 213 ist in ein Sitzgestühl 200 mittels einer Schraube 201 eingeschraubt. Die Schraube 201 ist einstückig mit dem Biegeelement 204 verbunden. Das Biegeelement weist verschiedene Abschnitte auf. In einem ersten Abschnitt 214 wird ein Luftspalt 209 zwischen dem Biegeelement 204 und einer umgebenden Hülse 203 definiert. Dieser Luftspalt stellt einen Überlastanschlag für die eingeleitete Kraft ein und sorgt bei einer solchen Überlast für eine Ableitung der Kraft über das Sitzgestühl. In einem zweiten Abschnitt 205 werden Aussparungen 215 und 212 zwischen der Hülse 203 und dem Biegeelement 204 definiert. In diesen Aussparungen 215 und 212 sind Sensoren S1 und S2 angeordnet, die vorliegend als Dehnmessstreifen ausgebildet sind. In einem dritten Abschnitt 206 sind die Aussparungen definiert, so dass auch dieser Abschnitt 206 zur Krafteinleitung dient. Die Aussparungen sind vorliegend mit 210 und 211 bezeichnet, so dass die Krafteinleitung über eine Verbindung zwischen der Hülse 203 und dem Abschnitt 206 geschieht, der nicht dargestellt ist.
Die Sensoren S1 und S2 weisen Leitungen 207 und 208 auf, die durch die Aussparungen 210 und 211 geführt werden. Alle Abschnitte sind aus Metall gefertigt, wie auch die Hülse 203, wobei insbesondere ein Stahl hierfür in Frage kommt. Auch andere Metalle oder Legierungen sind hierfür geeignet. Die Hülse 203 dient zur Krafteinleitung. Dafür weist die Hülse 203 eine Anbindung an eine Sitzschwinge 202 auf, über die die Kraft eingeleitet wird. Der Kraftvektor F kann Komponenten in verschiedenen Richtungen aufweisen. Aufgabe des erfindungsgemäßen Verbindungselements 213 ist es, diese Kräfte und der dabei auftretenden Momente zu messen. Dies geschieht, wie es im Vorhergehenden und Nachfolgenden beschrieben wird.
3 erläutert in einem ersten Ausführungsbeispiel, wie die Kraft auf das Biegeelement eingeleitet wird. Das Biegeelement 31 weist gemäß 3 vier Angriffspunkte, die mit F1, F2, F3 und F4 bezeichnet sind, auf und die in Bezug auf den Mittelpunkt 36 winklig voneinander beabstandet sind. Beispielhaft kann der Sensor 37 angeordnet sein. Auch sind Aussparungen 32, 33, 34 und 35 dargestellt. Diese werden durch das Zusammenspiel der Hülse 30 mit dem Biegeelement 31 gebildet. Die Kraft wird hier schräg jeweils eingeleitet, so dass jede Kraftkomponente auch gemessen werden kann.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Das Biegeelement 41 wird von der Hülse 40 umgeben. Wiederum sind die Angriffspunkte F1 bis F4 schräg vorgesehen, wobei die Aussparungen 42, 43, 44 und 45 vorgesehen sind. Andere Varianten, Formen und Konturen, die gleichwirkend sind, können vorgesehen sein.
5 zeigt eine erste Konfiguration der Sensoren. Das Biegeelement 50 weist auf der Oberseite zwei Sensoren 51 und 52 auf. An der Seite sind die Sensoren 53 und 54 vorgesehen, die über den Abstand 55 beabstandet sind. Diese paarweise Anordnung ermöglicht die Ermittlung eines Moments. Durch die Auswertung der gemessenen Kräfte und der Kenntnis des Abstandes kann dieses Moment bestimmt werden.
6 zeigt eine weitere Variante der Anordnung der Sensoren auf dem Biegebalken 60. Hier sind nun oben die Sensoren 61 und 62, unten die Sensoren 65 und 66 und an der Seite die Sensoren 63 und 64 vorhanden, wobei auf der nicht sichtbaren Seite ebenfalls ein Sensorenpaar vorgesehen ist, so dass insgesamt acht Sensoren vorhanden sind. Diese Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft zur Messung der Kräfte und Momente erwiesen.
7 zeigt, wie ein Moment gemessen wird. Der Abstand 72 ist bekannt durch die Verbiegung messen die Sensoren 70 und 71 jeweils die auftretenden Kräfte. Daraus kann dann das Moment berechnet werden. Dies gilt auch gemäß 8, wenn ein Sensor 81 fest an einer Wand 80 angeordnet ist und sich lediglich der andere Sensor von der Position 82 zur Position 83 bewegt.
9a zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements. Der Biegebalken 901 ist mit einer Platte 900 verbunden, und zwar hier stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen. Es ist jedoch auch eine kraftschlüssige Verbindung möglich. Auf die Platte folgt am Biegebalken ein Gewinde 902, das das Aufschrauben der Hülse ermöglicht. Nach einem Absatz folgen dann die Sensoren 905 und 904 in einer Aussparung. Dieser Abschnitt 903 nimmt also die Sensoren auf, während danach wiederum ein Absatz 907 folgt, der als Anschlag für das Verbindungselement dient, da das Verbindungselement 901 mittels des Gewindes 906 in das Sitzgestühl eingeschraubt wird. Dies wird in 9a dargestellt.
In 9b wird die Platte von der Vorderansicht dargestellt. Die Platte 900 weist die Aussparungen 907 bis 910 auf, die dazu dienen, dass die Kräfte schräg auf den Biegebalken angekoppelt werden. Darüber hinaus sind noch Bohrungen 911 bis 913 vorgesehen, um die Platte 900 mit der Hülse zu verschrauben. Die Hülse 915 ist in 9c dargestellt. Sie weist eine Sechskant 916 auf, auf den die Platte 900 aufgeschraubt wird. Dann folgt ein Hülsenkörper 917 und ein Absatz zu einem weiteren Hülsenkörper 918 mit geringerem Durchmesser. Auf diesen Absatz 918 wird dann die Kraft eingeleitet, beispielsweise mittels einer Schwinge.
Der Überschlagsanschlag kann beispielsweise auch mittels eines Stroms detektiert werden, in dem wenn die Überlast so ist, dass der Luftspalt geschlossen wird, ein Strom fließen kann. Dieses Stromsignal kann ebenfalls erfasst und als Plausibilisierungssignal für das gemessene Kraftsignal verwendet werden.
10 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Verfahrensschritt 100 werden die Messwerte der Sensoren gesammelt und daraus wird ein Verfahrensschritt 101, und zwar aus den Absolutwerten, die Kraft bestimmt. In Verfahrensschritt 102 wird aus dieser Kraft und dem Abstand, sowie einer differenziellen Messung das Moment berechnet.
Neben den Dehnmessstreifen, die vorliegend verwendet werden, können auch andere Sensoren, wie oben dargestellt, verwendet werden. In Verfahrensschritt 103 werden dann diese Kräfte und Momente den Steuergeräten ESP und ABSG mitgeteilt.

Claims

Verbindungselement für einen Einbau in ein Fahrzeugsitzgestühl (200), wobei das Verbindungselement (213) wenigstens ein Biegeelement (204) aufweist, das sich unter einer Krafteinleitung biegt, so dass anhand der Biegung eine Kraftmessung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (213) derart gestaltet ist, dass die Krafteinleitung an wenigstens zwei Angriffspunkten erfolgt, wobei die wenigstens zwei Angriffspunkte in Bezug auf einen Mittelpunkt des wenigstens eine Biegeelements (204) an verschiedenen Winkeln vorgesehen sind und dass eine Sensorik (51, 52) am dem wenigstens einen Biegeelement (204) vorgesehen ist, die anhand der Biegung die Kraftmessung in mindestens zwei Raumrichtungen durchführt.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Angriffspunkte durch wenigstens zwei Aussparungen getrennt sind.
Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Biegeelement (204) mit einer Platte derart verbunden ist, dass die Krafteinleitung über die Platte erfolgt, wobei die Platte vier Aussparungen aufweist.
Verbindungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die vier Aussparungen Kabel von der Sensorik herausgeführt werden.
Verbindungselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte mit einer Hülse verbunden ist, wobei die Hülse zur Krafteinleitung dient.
Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (S1, S2) wenigstens ein beabstandetes Paar von Sensoren aufweist, so dass anhand von Signalen des wenigstens einen Paares ein Moment in wenigstens einer Raumrichtung bestimmt wird.
Verbindungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vier Paare zur Erfassung der Momente in den mindestens zwei Raumrichtungen vorgesehen sind.
Verbindungselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1, S2) Dehnmessstreifen sind.
Verbindungselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Biegeelement (204) einen ersten Abschnitt (206) mit den wenigstens zwei Angriffspunkten zur Krafteinleitung und wenigstens einem zweiten Abschnitt (205) zur Positionierung der Sensorik (S1, S2) aufweist, wobei sich der wenigstens erste Abschnitt (206) und der wenigstens zweite Abschnitt (205) konstruktiv unterscheiden.
Verfahren zur Kraftmessung für ein Fahrzeugsitzgestühl, wobei die Kraft in Abhängigkeit von einer Biegung eines Biegeelements (213) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft in mindestens zwei Raumrichtungen bestimmt wird, in denen Signale in Bezug auf den Mittelpunkt des Biegeelements (204) winklig angeordnete Sensoren (S1, S2) ausgewertet werden.