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Die
Erfindung betrifft einen Sitz für
ein Kraftfahrzeug, mit einem Aktuator für eine Einstellung des Sitzes,
mit einem Sensorelement zum Erfassen einer auf einen Sitzbereich
des Sitzes einwirkenden Kraft und mit einer Steuereinrichtung, die
mit dem Sensorelement und dem Aktuator verbunden ist und einen Eingang
für einen
Empfang eines Ausgangssignals des Sensorelements, eine Verarbeitungseinheit
für eine
Verarbeitung des Ausgangssignals in ein Steuersignal und einen Ausgang
für ein
Senden des Steuersignals an den Aktuator aufweist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem
Sitz.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum automatisierten Einstellen eines Sitzes eines
Kraftfahrzeugs, mit den folgenden Schritten:
- – Erfassen
einer auf einen Sitzbereich des Sitzes einwirkenden Kraft mittels
eines Sensorelements, und
- – Ansteuern
eines Aktuators mit einem Steuersignal für eine Einstellung des Sitzes
in Abhängigkeit von
einem Ausgangssignal des Sensorelements.
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Ein
solcher Sitz und ein solches Verfahren sind aus der
DE 196 05 779 C2 bekannt.
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Die
Bedeutung der Sitzsysteme in einem Kraftfahrzeug, gerade der vorderen
Sitze und dabei insbesondere des Fahrersitzes, hat im Laufe der
Zeit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Während der Fahrersitz vor einigen
Jahrzehnten noch keine oder nur sehr begrenzte Einstellmöglichkeiten
bot, z.B. eine Sitzlängsverstellung,
verfügen
heutige Sitze über
vielfältige
Einstellmöglichkeiten.
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Dabei
stehen bei der Sitzentwicklung zwei Aspekte im Vordergrund. Zum
einen soll der Benutzer komfortabel auf dem Sitz sitzen. Da jeder
Mensch über
einen anderen Körperbau
verfügt
und jeder Mensch seine eigene Vorstellung von einer komfortablen
Sitzposition hat, kann sich ein Benutzer bei heutigen Sitzen die
gewünschte
Sitzposition sehr genau einstellen.
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Der
zweite Aspekt bezieht sich auf die Fahrsicherheit. So ist ein Benutzer
in einer komfortablen Sitzposition aufmerksamer gegenüber dem
Verkehrsgeschehen als ein Benutzer in einer unbequemen Sitzposition.
Außerdem
hat der Benutzer in einer Gefahrensituation nur dann die Möglichkeit,
angemessen zu reagieren, wenn er durch den Sitz auch unter extremen
Bedingungen (z.B. Schleudern oder starkes Bremsen) in einer korrekten
Position zu den Bedienelementen des Kraftfahrzeugs gehalten wird.
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Die
Erwartung des Benutzers an eine komfortable Sitzposition in Verbindung
mit der Vielzahl an Einstellmöglichkeiten
führt dazu,
dass unterschiedliche Benutzer unter schiedliche Sitzeinstellungen
vornehmen oder vornehmen müssen.
Dies ist insbesondere bei wechselnden Benutzern stets mit einem
erheblichen Aufwand verbunden.
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Die
Automobilindustrie hat darauf reagiert und die Sitze mit einer Speichermöglichkeit
versehen, um zwei oder drei Sitzeinstellungen speichern zu können. Der
Benutzer kann diese Speichereinstellungen abrufen, und der Sitz
stellt sich so ein, wie es der Benutzer bereits zu einem früheren Zeitpunkt
definiert hatte.
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Dieses
Vorgehen wird aber dann unpraktikabel, wenn sich die Situation ergibt,
dass viele Benutzer ein und dasselbe Fahrzeug benutzen und/oder der
Benutzer abwechselnd eine Vielzahl von Fahrzeugen fährt. Gerade
bei Flottenfahrzeugen und Mietfahrzeugen ist es unpraktikabel, dass
jeder Benutzer in jedem Fahrzeug eine gewünschte Einstellung hinterlegt
und sich für
jedes Fahrzeug individuell merkt, wie diese Speichereinstellung
abgerufen werden kann.
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Die
Idee der
DE 196 05
779 C2 , nämlich
einen Sitz durch Gewichtsverlagerung zu verstellen, bietet zwar
eine weitere Art der Sitzbedienung, überlässt es aber weiterhin dem Benutzer
alle Einstellungen auf recht umständliche Weise vorzunehmen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Sitz für
ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Sitz und
ein Verfahren zum automatisierten Einstellen eines Sitzes anzugeben,
durch die der Benutzer bei der Einstellung des Sitzes unterstützt wird,
insbesondere zumindest eine grobe Einstellung des Sitzes automatisiert
vorgenommen wird. Die Lösung
soll dabei außerdem
kostengünstig
sein, um einen breiten Einsatz der Technik zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung mit einem Sitz für ein Kraftfahrzeug
der eingangs genannten Art gelöst,
bei dem die Verarbeitungseinheit dafür ausgebildet ist, aus dem
Ausgangssignal eine Information über
mindestens ein Körpermaß des auf
dem Sitz sitzenden Benutzers zu gewinnen und das Steuersignal unter
Berücksichtigung
dieser Information derart zu erzeugen, dass der Sitz in Abhängigkeit
von der Information automatisiert eingestellt wird.
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Die
Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung durch ein
Kraftfahrzeug mit mindestens einem Sitz gelöst, der in der zuvor beschriebenen
Weise ausgebildet ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zum automatisierten
Einstellen eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art
gelöst,
wobei das Verfahren außerdem
die folgenden Schritte aufweist:
- – Auswerten
des Ausgangssignals, um eine Information über mindestens ein Körpermaß des auf dem
Sitz sitzenden Benutzers zu gewinnen, und
- – Erzeugen
des Steuersignals unter Berücksichtigung
der gewonnenen Information, so dass der Sitz in Abhängigkeit
von der Information automatisiert eingestellt wird.
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Die
Besonderheit der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine auf den
Sitzbereich des Sitzes lastende Kraft herangezogen wird, um eine
Information über
zumindest ein Körpermaß des Benutzers
zu erhalten und eine zumindest grobe Einstellung des Sitzes automatisiert
vorzunehmen. Die genannte Kraft kann auch als der Druck verstanden
werden, den der Benutzer beim Sitzen auf den Sitzbereich ausübt.
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Unter
dem Körpermaß soll dabei
ein Längenmaß des Körpers des
Benutzers verstanden werden, welches für eine gewünschte Sitzeinstellung zu berücksichtigen
ist, also insbesondere Beinlänge, Oberschenkellänge, Oberkörperlänge, Kopfhöhe, oder
auch Schulterbreite, Lendenbereichsposition, Hüftbreite, etc. Es ist dabei
nicht erforderlich das Körpermaß genau
zu bestimmen oder gar einen numerischen Wert zu ermitteln.
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Vielmehr
kann es ausreichend sein, eine indirekte Information zu erhalten.
Wird beispielsweise bei Annahme eines bestimmten Körpermaß eine Kraft
in einem be stimmten Teil des Sitzbereichs erwartet, wird diese Kraft
aber nicht festgestellt, so deutet dies auf eine fehlerhafte Annahme
bzgl. des Körpermaß hin und
eine korrigierte Annahme kann gemacht werden. Auch auf diese Weise
erhält
man eine Information über
das mindestens eine Körpermaß. Außerdem kann
die Information auch iterativ bestimmt werden.
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Schließlich kann
das Körpermaß auch für eine Zeitdauer
während
der Sitzeinstellung unbestimmt bleiben. In diesem Fall wird versucht,
durch eine Veränderung
der Sitzeinstellung den Sitz in eine Position/Geometrie zu bringen,
in der sich Informationen über
das mindestens eine Körpermaß zu gewinnen
lassen. Die Sitzeinstellung am Ende des Einstellvorgangs beruht
aber auf einer Information, sei es auch in Form einer Abschätzung, über das
mindestens eine Körpermaß.
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Das
Gewicht des Benutzers kann zwar bei bestimmten Ausgestaltungen zur
Bestimmung eines Körpermaß herangezogen
werden, die Bestimmung des Gewichts fällt aber nicht unter die erfindungsgemäß zu gewinnende
Information zum Körpermaß. Selbstverständlich kann
aber eine Gewichtsbestimmung zusätzlich
durchgeführt
werden.
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Im
einfachsten Fall erfasst das Sensorelement, ob der Benutzer an einer
bestimmten Stelle eine vorgegebene Kraft ausübt. Dies erlaubt eine grobe
Klassifizierung zwischen kleinen und großen Benutzern. Anhand dieser
Feststellung kann der Sitz dann beispielsweise bei einem kleinen
Benutzer weiter nach vorne gefahren werden, während er bei einem großen Benutzer
weiter nach hinten gefahren wird. Der Begriff "vorne" beschreibt die Richtung zum vorderen
Teil des Fahrzeugs, also die Richtung, in die der Benutzer in Fahrtrichtung
blickt, während
der Begriff "hinten" die Richtung zum
rückwärtigen Teil
des Fahrzeugs beschreibt.
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Dieses
Konzept lässt
sich verbessern, indem ein Sensorelement verwendet wird, das an
mehreren Stellen das Auftreten einer bestimmten Kraft (bzw. eines
bestimmten Drucks) ermitteln kann. Dies eröffnet die Möglichkeit, zu erkennen, ob
möglicherweise eine
kleine Person oder eine große
Person Platz genommen hat.
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Der
Kraftsensor bzw. die Kraftsensoren können aber auch derart ausgestaltet
sein, dass sie nicht nur das Unter- bzw. Überschreiten eines bestimmten Kraftwerts
anzeigen, sondern den Wert der auf den Sitzbereich lastenden Kraft
signalisieren bzw. anzeigen. Insbesondere kann auch eine Sensormatte
verwendet werden, die an einer Vielzahl von Messpunkten die jeweilige
Kraft anzeigt. Dadurch kann, ähnlich wie
bei einer Höhenkarte,
die Topografie der Kraftverteilung auf dem Sitzbereich erfasst werden.
Mittels der zusätzlichen
Daten kann dann noch genauer eingeschätzt werden, welchen Körperbau
der Benutzer hat, um so die Sitzposition noch genauer auf den Benutzer
abzustimmen.
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Es
ist dabei vorteilhaft, dem Benutzer zusätzlich eine manuelle Bedienmöglichkeit
zur Verfügung zu
stellen, wenn er eine Feinabstimmung der automatisiert eingestellten
Sitzeinstellung vornehmen möchte.
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Unter
dem Begriff der Sitzeinstellung sollen im Rahmen dieser Anmeldung
zwei Arten der Einstellung verstanden werden. Zum einen bezieht
sich die Sitzeinstellung auf die Geometrie des Sitzes, d.h. die Lage
bzw. Ausrichtung einzelner Teile des Sitzes zueinander. Als Beispiel
seien hier lediglich die Neigung der Lehne relativ zum Sitzbereich
oder die Höhe
der Kopfstütze über der
Lehne genannt. Zum anderen gehört
zu der Sitzeinstellung auch die Position des Sitzes relativ zum
Kraftfahrzeug. Als Beispiel seien hier lediglich die Sitzlängseinstellung
relativ zum Armaturenbrett oder zum Lenkrad und die Höheneinstellung
des Sitzes gegenüber
dem Fahrzeugbogen genannt.
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Als
Aktuator kommen in erster Linie Elektromotoren in Frage, da sie
eine erhebliche Kraft aufbringen können und gut zu dosieren sind.
Grundsätzlich
sind aber auch andere Betätigungsmöglichkeiten,
beispielsweise mittels Druckluft, denkbar. Selbstverständlich kann
der Sitz auch mehrere Aktuatoren aufweisen, um mehrere Einstel lungen
am Sitz vorzunehmen, insbesondere Sitzlängseinstellung, Innenneigungseinstellung,
Sitzhöheneinstellung
etc.
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In
Abhängigkeit
von der Verarbeitungsfunktion, die von der Verarbeitungseinheit
ausgeführt
werden soll, kann sich die Verarbeitungseinheit auf eine einfache
Anordnung passiver Bauelemente beschränken, aber auch Schaltelemente
oder Logikelemente enthalten. Es ist außerdem möglich, einen Mikrokontroller
oder einen Prozessor für
die Verarbeitung zu verwenden.
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Außerdem kann
es die Verarbeitungseinheit ermöglichen,
den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des Sensorelements zu
erfassen und bei der Ansteuerung des Aktuators zu berücksichtigen.
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Ferner
kann mittels der Steuereinrichtung die Ansteuerung des Aktuators
gut gesteuert werden. So kann insbesondere die Betätigung des
Aktuators unterdrückt
werden, solange sich das Ausgangssignal des Sensorelements noch ändert (z.B.,
weil der Benutzer noch dabei ist, Platz zu nehmen). Ferner kann
die Betätigung
des Aktuators von einer Plausibilitätsprüfung des Ausgangssignals abhängig gemacht
werden.
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Damit
ist die oben genannte Aufgabe vollständig gelöst.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Sensorelement in einem vorderen Bereich des Sitzes, insbesondere
nahe der Vorderkante des Sitzes, angeordnet.
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Auf
diese Weise lassen sich mit verhältnismäßig geringem
Aufwand aussagekräftige
Daten gewinnen, um eine für
den Benutzer passende Sitzeinstellung vorzunehmen. Es wurde nämlich im
Rahmen der Erfindung erkannt, dass ein deutliches Aufliegen der
unteren Bereiche der Oberschenkel einen Hinweis darauf liefert,
dass der Sitz für
den Benutzer zu weit vom Lenkrad entfernt ist.
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Wirkt
hingegen keine Kraft auf den vorderen Bereich des Sitzes, so kann
dies auf eine korrekte Einstellung hindeuten oder ein Indiz dafür sein,
dass der Sitz zu nahe am Lenkrad positioniert ist.
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Die
Detektion der Kraft im vorderen Bereich des Sitzes, insbesondere
nahe der Sitzvorderkante, ist auch deswegen vorteilhaft, weil eine
Sitzeinstellung auch dann möglich
ist, wenn ein Sitzriese (d.h. eine Person mit einem großen Torso
und kurzen Beinen) oder ein Sitzzwerg (d.h. eine Person mit einem kurzen
Torso und langen Beinen) Platz nimmt.
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Eine
bevorzugte Einstellmöglichkeit
ist daher, den Sitz in eine Position zu fahren, bei der im vorderen
Bereich des Sitzes eine Kraft registriert wird (sofern sie nicht
bereits vorhanden war), und den Sitz dann so weit nach vorne zu
fahren, bis die Kraft im vorderen Bereich des Sitzes verschwindet
oder sich auf einen bestimmten Wert verringert hat. Wenn auch in
der hintersten Position des Sitzes bezogen auf das Kraftfahrzeug
keine Kraft auf die vordere Sitzkante wirkt, so ist dies ein Indiz
für eine
Person mit einem besonders großen
Körperbau.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich zum
bereits genannten, ersten Sensorelement ein zweites Sensorelement
in dem Sitzbereich angeordnet, dessen Ausgangssignal zur Steuereinrichtung
geführt
ist.
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Auf
diese Weise können
weitere Daten zum Körperbau
des Benutzers gewonnen werden, um so die automatisierte Einstellung
des Sitzes zu verbessern. So kann das zweite Sensorelement insbesondere
in dem Bereich des Sitzbereichs angeordnet werden, auf dem das Gesäß des Benutzers
zu ruhen kommt. Die dort wirkende Kraft kann für eine Abschätzung des
Gewichts des Benutzers und damit für eine Abschätzung eines
Körpermaß herangezogen werden.
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Wenn
das zweite Sensorelement als Druckmatte ausgeführt ist, ist es möglich, die
Sitzbeinhöcker
im Gesäßbereich
des Benutzers zu erkennen und deren Abstand und/oder deren Position
bezogen auf den Sitzbereich bei der automatisierten Einstellung
des Sitzes zu berücksichtigen.
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Grundsätzlich ist
es auch möglich,
das erste und das zweite Sensorelement in einem gemeinsamen Sensorelement
zu integrieren, beispielsweise in einer großflächigen Sensormatte. Es kann
jedoch im Hinblick auf die Fertigung und auf die Materialkosten vorteilhaft
sein, die beiden Sensorelemente getrennt auszuführen. Außerdem können die Sensorelemente auf
verschiedenen Prinzipien beruhen, so dass das erste Sensorelement
die Auflagekräfte
anzeigt, während
das zweite Sensorelement nur allgemein eine Belegung bzw. Nicht-Belegung
des Sitzes signalisiert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich zum
ersten Sensorelement ein drittes Sensorelement in einer Lehne des
Sitzes angeordnet, dessen Ausgangssignal zur Steuereinrichtung geführt ist.
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Dadurch
lassen sich zusätzliche
Daten über den
Benutzer gewinnen, um die automatisierte Sitzeinstellung weiter
zu verbessern. So können
insbesondere die Daten zur Position des Lendenbereichs und/oder
die Daten zur Position der Schultern bezogen auf die Lehne für eine Abschätzung der
Körpermaße des Benutzers
herangezogen werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die zuvor
genannten Randgruppen (Sitzriese, Sitzzwerg) zu erkennen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorelement
als kapazitives Sensorelement ausgeführt.
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Dadurch
wird eine besonders gute Erkennung des Körperbaus des Benutzers ermöglicht. Grundsätzlich können zur
Erkennung der auf den Sitzbereich wirkenden Kraft die bekannten
Drucksensoren oder Druckmatten, wie auch piezoelektrische Systeme
verwendet werden. Nach heutiger Erkenntnis erscheint es aber vielversprechend,
die Information anhand von kapazitiven Messungen oder anhand von
Sensormatten mit kapazitivem Wirkungsprinzip zu gewinnen.
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Eine
Möglichkeit
der kapazitiven Messung ergibt sich dadurch, dass die Kapazität zwischen dem
Benutzer und einem in dem Sitz integrierten Element gemessen wird.
Dies stellt eine indirekte Messung der auf den Sitzbereich wirkenden
Kraft dar, da sich der Benutzer bei höherer Kraft auch dem Element
stärker
nähert,
als dies bei einer geringeren Kraft der Fall wäre. Dies ist darin begründet, dass stets
eine bestimmte Kraft erforderlich ist, um die zwischen dem Benutzer
und dem Element befindliche Sitzpolsterung zusammenzudrücken. Je
schwerer der Benutzer ist, desto mehr Kraft wird auf den Sitzbereich
ausgeübt,
desto stärker
wird die Sitzpolsterung komprimiert, und desto größer ist
die zwischen Benutzer und dem Element gebildete Kapazität. Damit
stellt auch diese Art der kapazitiven Messung eine Messung der auf
den Sitzbereich wirkenden Kraft dar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung, die auch für sich genommen eine erfinderische
Weiterbildung der aus dem Stand der Technik bekannten Sitzes ist,
insbesondere auch ohne die Gewinnung von Information über mindestens
ein Körpermaß des Benutzers, wird
eine Detektion über
das kapazitive Nahfeld der Haut durchgeführt, wie es von der Firma Ident
Technology AG vorgeschlagen wird. Auch hier wird die vom Benutzer
ausgeübte
Kraft wieder indirekt als eine Änderung
der Kapazität
zwischen dem Benutzer und einem Referenzelement gemessen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung
dafür ausgebildet,
zumindest die ungefähre
Körpergröße des Benutzers anhand
mindestens eines an die Steuereinrichtung gesendeten Signals zu
bestimmen.
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So
ist es insbesondere bei der Sitzlängseinstellung möglich, die
Körpergröße abzuschätzen oder
zu ermitteln und/oder aus der Höhe
der Schulterknochen die Körpergröße des Benutzers
einzugrenzen. Wenn der Wert für
die geschätzte
bzw. ermittelte Körpergröße bekannt
ist, können
einige Einstellungen genauer vorgenommen werden (z.B. die Einstellung
der Kopfstütze),
als dies ohne eine Information zur Körpergröße möglich wäre.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuereinrichtung
zusätzlich
zu dem genannten, ersten Eingang einen zweiten Eingang für einen
Empfang eines Abstandssignals auf, das den Abstand des Benutzers
zu dem Lenkrad des Kraftfahrzeugs signalisiert.
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Die
Ermittlung dieses Abstands, insbesondere der Distanz zum Torso des
Benutzers, kann für eine
verbesserte automatisierte Einstellung herangezogen werden. Insbesondere
kann dieser Wert verwendet werden, um die genannten Randgruppen (Sitzriese,
Sitzzwerg) besser zu erkennen. Bei Bedarf kann dieser Abstandswert
auch bei der Überprüfung der
Plausibilität
anderer Werte berücksichtigt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit
der Steuereinrichtung für
eine Berücksichtigung
einer Position des Sitzes bei der Erzeugung des Steuersignals ausgebildet.
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Dies
ermöglicht
es, die notwendige Sitzeinstellung genauer zu ermitteln. Es hat
sich nämlich
gezeigt, dass es vorteilhaft ist, das von dem Sensorelement gelieferte
Ausgangssignal bzw. die von den Sensorelementen gelieferten Ausgangssignale
in Abhängigkeit
von der Position des Sitzes zu interpretieren. Die Position kann
dabei sowohl innerhalb der Steuereinrichtung gespeichert sein, als
auch durch einen entsprechenden Geber am Sitz signalisiert werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuereinrichtung
einen Speicher auf, der zur Speicherung von mindestens einer Einstellung
des Sitzes ausgebildet ist.
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Dies
ist vorteilhaft, da der Benutzer eine Sitzeinstellung speichern
und wieder abrufen kann, insbesondere wenn er von der Möglichkeit
einer Feineinstellung Gebrauch gemacht hat.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuereinrichtung
eine Zuordnungseinheit auf, die anhand mindestens eines an die Steuereinrichtung
gesendeten Signals die Korrelation des mindestens einen Signals
zu im Speicher gespeicherten Einstellungen prüft.
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Auf
diese Weise können
neben der automatisierten Einstellung des Sitzes auch automatisiert bereits
hinterlegte Feineinstellungen abgerufen werden. So können insbesondere
während
der automatisierten Einstellung die Ausgangssignale der Sensorelemente
bzw. die gelieferten Daten gespeichert werden, die für die automatisierte
Einstellung verwendet werden. Nimmt der Benutzer nun außerdem Feineinstellungen
vor, so werden diese endgültigen Einstellungen
mit den zuvor genannten Werten abgespeichert.
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Setzt
sich nun ein noch unbekannter Benutzer auf den Sitz, so werden – wie zuvor
beschrieben – die
Ausgangssignale ausgewertet bzw. die Daten gewonnen, um die automatisierte
Einstellung des Sitzes vorzunehmen. Erkennt die Zuordnungseinheit, dass
die für
die automatisierte Einstellung ermittelten Daten bereits zu einem
früheren
Zeitpunkt ermittelt wurden bzw. innerhalb bestimmter Toleranzen
ermittelt wurden, so ist dies ein Indiz dafür, dass wieder der Benutzer
Platz genommen hat, der bereits zu einem früheren Zeitpunkt Feineinstellungen
vorgenommen hatte. Der Sitz wird dann in die durch frühere Feineinstellungen
definierte Position gefahren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Sitz eine Kopfstütze mit
einem Näherungssensor
zum Erfassen eines Abstands zwischen der Kopfstütze und dem Kopf des Benutzers
auf.
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Auf
diese Weise kann eine Einstellung der Kopfstütze vorgenommen werden, obwohl
in der Regel kein direkter Kontakt zwischen dem Kopf des Benutzers
und der Kopfstütze
besteht. Der Näherungssensor
kann auch durch einen Sensor mit einem linienförmigen oder flächenhaften
Detektionsbereich ersetzt werden, um die Position des Kopfes relativ
zur Kopfstütze
zu bestimmen. Dies ermöglicht
eine besonders gute Einstellung der Kopfstütze.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung
dazu ausgebildet, zuerst mindestens eine Einstellung des Sitzes
aus einer Gruppe bestehend aus Sitzlängseinstellung, Lehnenneigungseinstellung
und Sitzhöheneinstellung,
und dann mindestens eine Einstellung des Sitzes aus einer zweiten
Gruppe bestehend aus Kopfstützeneinstellung,
Sitzneigungseinstellung, Lordosenstützeneinstellung, Sitzflächenverlängerungseinstellung
und Seitenwangeneinstellung durchzuführen.
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Dies
ermöglicht
eine zügige
Einstellung des Sitzes. Aufgrund der Vielzahl von Einstellmöglichkeiten,
die sich zudem noch teilweise gegenseitig beeinflussen (beispielsweise
zeigt die Praxis, dass ein Benutzer die Sitzneigung stets unter
Berücksichtigung der
eingestellten Sitzhöhe
einstellt), kann die Einstellung ohne ein strukturiertes Vorgehen
lange dauern.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass es sich bei den Einstellungen
aus der ersten Gruppe gewissermaßen um Grundeinstellungen handelt,
bei deren Feststehen dann die Einstellungen aus der zweiten Gruppe
vorgenommen werden können.
Dadurch wird trotz der vielen Einstellmöglichkeiten eine schnelle Sitzeinstellung
möglich.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Sitzneigungseinstellung, die Sitzflächenverlängerungseinstellung
und die Seitenwangeneinstellung in der Praxis sehr stark von den
individuellen Wünschen
des Benutzers abhängen,
so dass es bevorzugt sein kann, diese Einstellungen nicht im Rahmen
der automatisierten Einstellung sondern durch eine manuelle Feineinstellung
vorzunehmen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung
dazu ausgebildet, die Einstellungen der zweiten Gruppe unter Berücksichtigung
der Einstellung der ersten Gruppe durchzuführen.
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Dies
ermöglicht
eine verbesserte automatisierte Einstellung des Sitzes. Die Einstellungen
der zweiten Gruppe lassen immer noch sehr viele Freiheitsgrade bei
der Einstellung des Sitzes. Zudem sind die vom Benutzer gewünschten
Einstellungen schwerer abzuschätzen,
als dies bei den Einstellungen der ersten Gruppe der Fall ist. Berücksichtigt man
bei der Durchführung
von Einstellungen aus der zweiten Gruppe die implizit oder explizit
erhaltenen Informationen aus den Einstellungen der ersten Gruppe,
insbesondere zu Beinlänge,
Körpergröße und/oder
Position des Benutzers auf dem Sitzbereich, so können die notwendigen Einstellungen recht
zuverlässig
und zügig
vorgenommen werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Einstellungen
einer Gruppe im Wesentlichen zeitgleich durchgeführt.
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Dadurch
lässt sich
die Gesamteinstellung des Sitzes erheblich beschleunigen. Wenn beispielsweise
eine Abschätzung
der Torsogröße des Benutzers
vorliegt, die beispielsweise aus der Sitzlängseinstellung und/oder der
Sitzhöheneinstellung
abgeleitet wird, können
die Kopfstütze
und die Lordosenstütze zeitgleich
eingestellt werden, da keine zwingende Abhängigkeit zwischen der Position
der Kopfstütze und
der Position der Lordosenstütze
besteht.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit
mindestens einem Sitz;
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2 die
Möglichkeiten
der automatisierten Einstellung eines erfindungsgemäßen Sitzes
in der Seitenansicht;
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3 die
Möglichkeiten
der Einstellung eines erfindungsgemäßen Sitzes in der Frontalansicht;
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4 eine
detaillierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Sitzes;
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5 ein
Beispiel der Datenaufnahme der Kraftverteilung auf dem Sitzbereich
des Sitzes gemäß 4;
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6 ein
Beispiel der Druckverteilung auf der Sitzlehne des Sitzes gemäß 4;
und
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7 ein
Verfahren zum automatisierten Einstellen eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt
einen Sitz 10 gemäß der Erfindung
in einem Kraftfahrzeug 12 gemäß der Erfindung. Die Fahrtrichtung
des Fahrzeugs ist mit dem Pfeil 14 gekennzeichnet.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
eines erfindungsgemäßen Sitzes 10,
auf dem ein Benutzer 16 Platz genommen hat. Der Sitz 10 weist
einen Sitzbereich 18 auf, die in Fahrtrichtung 14 eine einstellbare
Sitzflächenverlängerungseinrichtung 20 aufweist.
Der Sitz 10 weist ferner eine Lehne 22 mit einer
darin integrierten Lordosenstütze 24 auf,
wobei sich am oberen Ende der Lehne eine Kopfstütze 26 anschließt.
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Anhand
der 2 soll nun verdeutlicht werden, welche automatisierten
Einstellungen des Sitzes 10 erfindungsgemäß vorgenommen
werden können.
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Die
Sitzlängsverstellung
(Doppelpfeil 28) ermöglicht
es, den Sitz 10 bezogen auf eine Bodengruppe 30,
ein Lenkrad 32 oder die Pedale 34 in Fahrtrichtung 14 bzw.
gegen die Fahrtrichtung 14 zu verlagern. Das Vorgehen bei
der Sitzlängseinstellung wird
im Rahmen der späteren
Erläuterungen
zur 4 noch verdeutlicht.
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Bei
der Lehnenneigungseinstellung (Doppelpfeil 36) wird der
Winkel der Lehne 22 gegenüber dem Sitzbereich 18 eingestellt.
Auch das Vorgehen bei der Lehnenneigungseinstellung wird im Rahmen der
Erläuterungen
zu 4 genauer beschrieben.
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Die
Kopfstützenabstandseinstellung
(Doppelpfeil 38) kann unter Berücksichtigung der Sitzlängseinstellung
vorgenommen werden. Dies kann insbesondere parametrisiert erfolgen,
d.h. bestimmten Sitzlängseinstellungen
sind bestimmte Kopfstützenabstandseinstellungen
zugeordnet. Dieses Vorgehen beruht auf dem in der Regel gegebenen
Zusammenhang, dass bei einer kleineren Person, deren Sitzlängseinstellung
weiter vorne in Richtung der Fahrtrichtung 14 ist, die
Kopfstütze 26 niedriger
einzustellen ist. Im umgekehrten Fall wird bei einer großen Person,
bei der der Sitz 10 mit einem größeren Abstand zum Lenkrad 32 eingestellt
wird, die Kopfstütze 26 eher
hoch einzustellen sein. Eine weitere Möglichkeit, die Kopfstützenabstandseinstellung
vorzunehmen, wird in 4 erläutert.
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Die
Sitzneigungseinstellung (Doppelpfeil 40) kann unter Berücksichtigung
der Sitzlängseinstellung vorgenommen
werden. Ein Ziel der Sitzneigungseinstellung kann es sein, dass
die Oberschenkel leicht auf dem Sitzbereich 18 bzw. der
Sitzflächenverlängerungseinrichtung 20 aufliegen,
ohne aber eine nennenswerte Kraft auf diese auszuüben. Es
ist dabei bevorzugt, dass die Sitzneigungseinstellung der Sitzlängseinstellung
nachsteht, so dass der Benutzer 16 vor einer automatisierten
Sitzneigungseinstellung gefragt wird, ob trotz der vorgenommenen
Sitzlängseinstellung
auch eine automatisierte Sitzneigungseinstellung vorgenommen werden
soll.
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Mittels
der Lordosenstützeneinstellung
(Doppelpfeil 42) kann die Lordosenstütze 24 innerhalb der Lehne 22 positioniert
werden. Das entsprechende Vorgehen wird im Rahmen der 4 genauer
erläutert.
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Die
Sitzflächenverlängerungseinstellung (Doppelpfeil 44)
wird verwendet, um dem Oberschenkel 46 des Benutzers 16 eine
angenehme und gute Unterstützung
zu bieten. Um die Einstellung automatisiert vorzunehmen, kann sich
die Sitzflächenverlängerungseinrichtung 20 in
Richtung des Unterschenkels 48 ausfahren, bis ein Anstoßen an den
Unterschenkel 48 registriert wird. Aus dieser Position wird
die Sitzflächenverlängerungseinrichtung 20 dann
wieder einige Zentimeter eingefahren, insbesondere um 3 bis 6 Zentimeter
eingefahren, um ein angenehmes Aufliegen der Oberschenkel 46 zu
erreichen.
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3 zeigt
weitere Einstellmöglichkeiten des
Sitzes 10.
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Die
Sitzhöheneinstellung
(Doppelpfeil 50) ermöglicht
es, den Sitz 10 gegenüber
der Bodengruppe 30 des Kraftfahrzeugs 12 anzuheben
bzw. abzusenken. Die Sitzhöheneinstellung
kann unter Berücksichtigung
der bei der Sitzlängseinstellung
gewonnenen Daten durchgeführt
werden. Insbesondere kann die Sitzhöheneinstellung parametrisiert
erfolgen, d.h. bestimmten Werten bei der Sitzlängseinstellung sind bestimmte
Werte der Sitzhöheneinstellung
zugeordnet.
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Bei
der Kopfstützenhöheneinstellung
(Doppelpfeil 52) soll die Kopfstützenoberkante 54 in
etwa genauso hoch eingestellt werden wie die obere Kopfkante 56 des
Benutzers 16. Das Vorgehen bei einer solchen Einstellung
wird im Rahmen der Erläuterungen
zu 4 näher
beschrieben.
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Bei
der Sitzwangeneinstellung (Doppelpfeile 58) sollen die
Seitenführungen 60 so
nahe am Körper des
Benutzers 16 liegen, dass der Oberkörper ohne Beengung angenehm
seitlich gestützt
wird. Eine grobe Einstellung kann hier anhand der Daten vorgenommen
werden, die bei der Sitzlängseinstellung
gewonnen wurden.
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Wie
aber bereits erwähnt,
kann es vorteilhaft sein, die Sitzneigungseinstellung, die Sitzflächenverlängerungseinstellung
und die Seitenwangeneinstellung von einer automatisierten Einstellung
auszunehmen, da verschiedene Benutzer 16 bei diesen Ein stellungen
sehr individuelle Vorstellungen haben. Daher ist es bevorzugt, dass
sich die drei genannten Einstellungen auch manuell vornehmen lassen.
Außerdem
ist es vorteilhaft, wenn sich jede automatisiert vorgenommene Einstellung
zu einem späteren Zeitpunkt
noch korrigieren bzw. fein anpassen lässt.
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4 zeigt
weitere Details des Sitzes 10 gemäß der 2. Funktionstechnisch
gleiche Teile werden weiterhin mit den bereits eingeführten Bezugszeichen
bezeichnet. Die Kräfte,
die auf den Sitz 10 einwirken, sind vereinfacht dargestellt,
und zwar die auf den Sitzbereich 18 wirkende Kraft F und
die auf die Sitzlehne 22 wirkenden Kraft G. Ferner sei
als beispielhaftes Körpermaß k die
Beinlänge
des Benutzers 16 angenommen.
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Im
Sitzbereich 18 des Sitzes 10 sind ein erstes Sensorelement 70 und
ein zweites Sensorelement 72 angeordnet. In der Sitzlehne 22 sind
die Lordosenstütze 24 und
ein drittes Sensorelement 74 angeordnet. In die Kopfstütze 26 ist
ein Näherungssensor 76 integriert.
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Um
den Sitz 10 einzustellen, verfügt der Sitz 10 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel über einen ersten
Aktuator 78 zur Sitzlängsverstellung 28,
einen zweiten Aktuator 80 zur Einstellung der Lordosenstütze 24 und
einen dritten Aktuator 82 zur Kopfstützeneinstellung 38, 52.
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Mittels
der von den Sensoren 70, 72, 74, 76 ausgehenden
Pfeile ist angedeutet, dass Ausgangssignale A1, A2, A3, A4, jeweils
entsprechend, generiert werden. Die in die Aktuatoren 78, 80, 82 hineinweisenden
Pfeile deuten Eingangssignale E1, E2, E3, jeweils entsprechend,
an.
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Ferner
sei darauf hingewiesen, dass in dem Lenkrad 32 ein Abstandssensor 84 angeordnet
ist, der einen Abstand zwischen dem Lenkrad 32 und einem
Torso 86 des Benutzers 16 ermittelt.
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Der
Sitz 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 90 auf,
die über
drei Ausgänge 92,
fünf Eingänge 94,
eine Verarbeitungseinheit 96, einen Speicher 98 und
eine Zuordnungseinheit 100 verfügt.
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Beim
hier gezeigten Ausführungsbeispiel
haben das erste und das zweite Sensorelement 70, 72 nur
eine geringe Ausdehnung, während
das dritte Sensorelement 74 eine flächenhafte Ausprägung hat.
Selbstverständlich
kann auch im Sitzbereich 18 ein Sensorelement mit flächenhafter
Ausprägung verwendet
werden oder das Sensorelement 74 durch kleinere getrennte
Sensorelemente ersetzt werden.
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Um
die Einstellung des Sitzes 10 durch Aussenden der Steuersignale
E1, E2, E3 vorzunehmen, wertet die Steuereinrichtung 90 die
Ausgangssignale A1, A2, A3, A4 und den Abstandswert d der Sensoren 70, 72, 74, 76, 84 in
verschiedener Hinsicht aus.
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Wie
in 4 zu erkennen ist, ist das erste Sensorelement 70 im
vorderen Bereich des Sitzbereichs 18, insbesondere nahe
der Vorderkante 62, angeordnet. Mittels des Sensorelements 70 wird
die Auflagekraft der Oberschenkel 46, dabei insbesondere
des rechten Oberschenkels 46, ermittelt. Wie bereits erwähnt, wird
es von vielen Benutzern 16 als angenehm empfunden, wenn
der vordere Bereich der Oberschenkel 46 nur mit geringer
Kraft aufliegt bzw. gar nicht aufliegt. Durch eine entsprechende
Betätigung
des ersten Aktuators 78 kann eine entsprechende Sitzlängseinstellung 28 vorgenommen
werden.
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Unterstützend können hier
die Informationen hinzugezogen werden, die das zweite Sensorelement 72 mittels
seines Ausgangssignals A2 bereitstellt. So kann das zweite Sensorelement 72 insbesondere
das Gewicht des Benutzers 16 abschätzen und daraus anhand einer
Formel oder mittels statistischer Informationen eine Abschätzung der
Körpermaße vornehmen.
Alternativ oder zusätzlich
dazu kann das zweite Sensorelement 72 die Position und den
Abstand der Sitzbeinhöcker
des Benutzers 16 detektieren und auch diese Information
für eine
Abschätzung
der Körpermaße des Benutzers 16 einfließen lassen.
Die zusätzlichen
Abschätzungen
zu den Körpermaßen des Benutzers 16 können dabei
sowohl für
die Bestimmung der zu erreichenden Sitzlängseinstellung, d.h. bei der
Berücksichtigung
des Steuersignals E1, berücksichtigt
werden, als auch für eine
Plausibilitätsprüfung verwendet
werden, ob eine geplante Sitzlängseinstellung 28 zu
einem sinnvollen Ergebnis führen
kann. In diesem Zusammenhang kann auch der Abstandswert d herangezogen
werden.
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Weitere
Informationen über
die Körpermaße des Benutzers 16 werden
mittels des dritten Sensorelements 74 gewonnen. Hier enthält das Ausgangssignal
A3 Druckverteilungswerte über
die Fläche
des dritten Sensorelements 74. Aus diesen Daten können Positionen
des Lendenbereichs und/oder der Schultern ermittelt werden. Zudem
können
Breite des Lendenbereichs, Breite der Schultern, Abstand zwischen
Schulterbereich und Lendenbereich etc. ermittelt werden. Dies ermöglicht weitere
Rückschlüsse auf
die Körpermaße des Benutzers 16.
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Außerdem ist
es vorteilhaft, die gemessenen Daten mit Solldaten abzugleichen,
die eine ideale Druckverteilung bei einer idealen Sitzposition des Benutzers 16 repräsentieren.
Durch eine Verstellung der Sitzlehne 22 und/oder der Lordosenstütze 24 kann
dann die tatsächliche
Druckverteilung der idealen Druckverteilung angenähert werden.
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Mittels
des Näherungssensors 76 kann
eine Ansteuerung des dritten Aktuators 82 ermittelt werden,
um die Kopfstütze 26 in
eine geeignete Position zu bringen. Auch hier kann eine Unterstützung durch eine
Berücksichtigung
des Abstandswerts d erfolgen. Wenn der Näherungssensor 76 im
oberen Bereich der Kopfstütze 26 angeordnet
ist oder sich bis in den oberen Bereich erstreckt, kann die Kopfstützenoberkante 54 besonders
gut auf die obere Kopfkante 56 abgestimmt werden. In diesem
Fall ist es nicht zwingend erforderlich, auf die ermittelten Körpermaße des Benutzers 16 zurückzugreifen,
die aber dennoch für
eine Plausibilitätsprüfung herangezogen
werden können.
Alternativ dazu kann die aufgrund der Kopfstützenverstellung gefundene Position
auch für
eine weitere Abschätzung
der Körpermaße des Benutzers 16 verwendet
werden. Dies lässt
sich besonders einfach unter Berücksichtigung
der statistisch bekannten Zusammenhänge bei den Körpermaßen eines Menschen
erzielen.
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Vorteilhaft
ist es auch, einen solchen Wert mit dem Wert für die Sitzlängseinstellung 28 abzugleichen,
da man auf diese Weise Sitzzwerge und Sitzriesen erkennen kann.
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5 und 6 zeigen
jeweils Beispiele von Druckverteilungen, die der Benutzer 16 auf
den Sitzbereich 18 (5) und auf
die Lehne 22 (6) ausüben kann. Dabei zeigen die
Linien jeweils (wie die Isohypsen einer Höhenkarte) die Isobaren des von
dem Benutzer 16 ausgeübten
Drucks, d.h. die Linien, entlang derer der Druck gleich ist. Dabei
zeigen die äußersten
Linien die niedrigsten Drücke
und die innersten Linien, die von mindestens einer anderen Linie
umschlossen sind, die höchsten
Drücke.
Die Maximalwerte sind jeweils mit einem "x" bezeichnet.
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Aus 5 lassen
sich so die Punkte x1, x2 der
Sitzbeinhöcker
des Benutzers 16 und die Punkte x3,
x4 der Zentren der Oberschenkelauflage erkennen.
Diese Punkte x1, x2,
x3, x4 können sowohl
relativ zueinander als auch absolut auf den Sitzbereich 18 bezogen
ausgewertet werden. Ebenso können
die, hier nicht dargestellten, Druckwerte im vorderen Teil des Sitzbereichs 18 (also
am unteren Rand der 5) wie zuvor erläutert ausgewertet
werden.
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In 6 zeigen
die Punkte x5, x6 die
Schultern des Benutzers 16 und die Punkte x7,
x8 den Lendenbereich des Benutzers 16.
Auch hier können
aus den Abständen
der Punkte x5, x6,
x7, x8 untereinander sowie
der Punkte x5, x6,
x7, x8 relativ zur
Lehne 22 Informationen über
die Körpermaße des Benutzers 16 gewonnen
werden.
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Vorteilhafterweise
werden die aus den Daten des Sitzbereichs 18 und aus den
Daten der Lehne 22 gewonnenen Informationen gegeneinander
abgeglichen, um so eine möglichst
genaue Abschätzung
der Körpermaße des Benutzers 16 zu
erhalten.
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Wie
bereits erläutert,
können
die gewonnenen Informationen sowohl einzeln verwendet werden, miteinander
abgeglichen werden oder für
eine Plausibilitätsprüfung verwendet
werden, um so die Körpermaße des Benutzers 16 möglichst
gut zu ermitteln und die gewünschte
Einstellung des Sitzes 10 möglichst genau vorzunehmen.
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7 zeigt
ein Verfahren zum automatisierten Einstellen eines Sitzes 10 eines
Kraftfahrzeugs 12. Im ersten Schritt 110 wird
die auf den Sitzbereich 18 des Sitzes 10 einwirkende
Kraft F mittels eines Sensorelements 70 erfasst. Im nächsten Schritt 112 wird
das Ausgangssignal A1 des Sensorelements 70 ausgewertet,
um eine Information über
mindestens ein Körpermaß k des
auf dem Sitz 10 sitzenden Benutzers 16 zu gewinnen.
Danach wird im Schritt 114 das Steuersignal E1 unter Berücksichtigung
der gewonnenen Informationen erzeugt. Schließlich wird der Aktuator 78 mit
einem Steuersignal E1 für
eine Einstellung des Sitzes 10 in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal
A1 des Sensorelements 70 angesteuert.
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Im
Schritt 118 wird überprüft, ob eine
Information über
mindestens ein Körpermaß k ermittelt wurde
und der Sitz 10 entsprechend eingestellt wurde. Ist dies
nicht der Fall, wird das Verfahren über den Zweig N fortgesetzt.
Ansonsten verzweigt das Verfahren zum Schritt 120, der
das Ende des Verfahrens anzeigt und bspw. nun die zusätzliche
Möglichkeit
einer manuellen Feinabstimmung ermöglicht.
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Während des
Einstellen des Sitzes 10 kann das Ausgangssignal A1 (bzw.
die Ausgangssignale A1–A4)
periodisch oder kontinuierlich erfasst werden, um ggfs. die Erzeugung
des Steuersignals anzupassen. Somit wird insgesamt der Sitz 10 in
Abhängigkeit
von der Information über
mindestens ein Körpermaß k des
auf dem Sitz 10 sitzenden Benutzers 16 automatisiert
eingestellt.
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Je
nach Umfang der Bearbeitung und der von den Sensoren bereitgestellten
Daten kann mittels der Erfindung eine gute Grobeinstellung bis hin zu
einer in den überwiegenden
Fällen
zufriedenstellenden Einstellung erreicht werden.