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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Wärmepolster
und insbesondere Wärmepolster zur Verwendung in Sitzen.
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Sitze,
wie diejenigen, die in Fahrzeugen verwendet werden, sind mit Wärmepolstern
versehen worden, die die Oberfläche des Sitzes erwärmen,
um dem Insassen Komfort zu bieten. Die Sitz-Wärmepolster
sind normalerweise in Sitzlehnen und Sitzflächen integriert.
Es ist auch bekannt, dass des Weiteren Sensorelemente vorgesehen
sind, die so ausgeführt sind, dass sie das Vorhandensein
eines Insassen erfassen, um verschiedene Systeme auszulösen und
zu steuern, so beispielsweise Airbags und verschiedene andere Insassen-Rückhaltesysteme.
Die Wärmepolster und die Insassen-Erfassungssensoren sind
separate, in dem Sitz installierte Systeme, wie sie beispielsweise
im
US-Patent Nr. 6,812,431 offenbart
sind.
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Obwohl
separate Wärmepolster und Sensorelemente sich in Fahrzeugsitzen
als wirkungsvoll erwiesen haben, wäre es von Vorteil, ein
verbessertes Wärmepolster-und-Sensor-System zu schaffen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugsitze mit Sitzheizung und
Insassenerkennung, und insbesondere eine Matte, die diese beiden
Merkmale enthält. In der Matte ist eine Vielzahl von Wärmequellen
angeordnet. Eine Stromzufuhr speist die Wärmequellen. Die
Anordnung enthält des Weiteren eine Steuereinheit, die
mit einer Signalerzeugungseinrichtung kommuniziert. Die Signalerzeugungseinrichtung leitet
elektrische Signale zu den Wärmequellen, um ein elektrisches
Feld zu erzeugen. Die Steuereinheit überwacht eines der
Signale und das elektrische Feld auf erkennbare Eigenschaften, um
das Vorhandensein eines Insassen auf dem Sitz festzustellen.
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Verschiedene
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für
den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, wenn diese
im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen
wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Perspektivansicht eines Sitzes mit einer Insassenerkennungs-Wärmematte
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine als Schnitt ausgeführte Vorderansicht eines Teils
des Sitzes und der Insassenerkennungs-Wärmematte in 1.
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3 ist
eine Perspektivansicht der Insassenerkennungs-Wärmematte
in 1, die eine Vielzahl von Heizgittern darstellt.
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4 ist
eine schematische Ansicht eines Paars von Heizgittern der Wärmematte
in 3, die schematisch eine zwischen ihnen ausgebildete
Kapazität darstellt.
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Ausführliche Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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In 1 der
Zeichnungen ist ein Sitz dargestellt, der allgemein mit 12 gekennzeichnet
ist und eine Vielzahl von Insassenerkennungs-Wärmematten 10 gemäß der
vorliegenden Erfindung aufweist. Die Vielzahl von Insassenerkennungs-Wärmematten 10 sind,
wie weiter unten ausführlich erläutert, vorhanden,
um den Sitz 12 zu beheizen, und enthalten vorzugsweise
zusätzlich eine Insassenerkennungsanordnung zum Erfassen
des Vorhandenseins eines Insassen auf dem Sitz 12, die
integral in einem gemeinsamen Gehäuse bzw. einer Matte
anstelle der herkömmlichen bekannten separaten Strukturen
vorhanden ist.
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Der
Fahrzeugsitz 12 enthält, wie weiter in 1 gezeigt,
eine Sitzlehne 14 und ein Sitzfläche 16.
Die Sitzlehne 14 enthält eine Rückenlehne 18 und
eine Vielzahl von Rückenpolstern 20. Die Sitzfläche 16 enthält
eine Sitzauflage 20 und eine Vielzahl von Sitzpolstern 24.
Die Rückenlehne 18 enthält einen unteren
Rückenbereich 26, einen mittleren Rückenbereich 28 sowie
einen oberen Rückenbereich 30. Desgleichen enthält
die Sitzauflage 22 einen hinteren Sitzbereich 32,
einen mittleren Sitzbereich 34 und einen vorderen Sitzbereich 36.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine
Insassenerkennungs-Wärmematte 10 in der Rückenlehne 18 und
der Sitzauflage 22 angeordnet. Als Alternative dazu kann
eine Insassenerkennungs-Wärmematte 10 nur in der
Rückenlehne 18 oder in der Sitzauflage 22 angeordnet
sein.
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Die
Insassenerkennungs-Wärmematte 10, die in der Sitzauflage 22 angeordnet
ist, enthält, wie des Weiteren in 1 dargestellt,
eine Vielzahl von Zonen 38, 40, 42, 44, 46 und 48.
Eine Zone ist als ein Abschnitt der Insassenerkennungs-Wärmematte 10 definiert,
der ein Heizelement aufweist, das unabhängig von anderen
Heizelementen in anderen Abschnitten gesteuert werden kann. So ist
in der in 3 gezeigten Ausführungsform
die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 mit sechs
Zonen dargestellt, wobei jede Zone potenziell ein Heizelement darin aufweist.
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Obwohl
die in 1 dargestellte Insassenerkennungs-Wärmematte 10 sechs
Zonen hat, versteht sich, dass die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 jede
beliebige Anzahl von Zonen einschließlich lediglich einer
einzelnen Zone enthalten kann. In der dargestellten Ausführungsform
entsprechen die Zonen 38 sowie 40 im Allgemeinen
dem vorderen Sitzbereich 34, die Zonen 42 sowie 44 entsprechen
im Allgemeinen dem mittleren Sitzbereich 34 und die Zonen 48 sowie 46 entsprechen
im Allgemeinen dem hinteren Sitzbereich 32.
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Die
Insassenerkennungs-Wärmematte 10, die in der Rückenlehne
angeordnet ist, enthält, wie weiterhin in 1 gezeigt,
eine Vielzahl von Zonen 50, 52, 54, 56, 58 und 60.
Obwohl die Insassenerkennungs-Wärmematte 10, die
in der Rückenlehne 18 positioniert ist, sechs
Zonen aufweist, versteht sich, dass die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 vorzugsweise
mindestens zwei Zonen aufweist, jedoch eine beliebige Anzahl von
Zonen haben kann. In der dargestellten Ausführungsform
entsprechen die Zonen 50 sowie 60 im Allgemeinen
dem unteren Rückenbereich 26, die Zonen 52 sowie 58 entsprechen im
Allgemeinen dem mittleren Rückenbereich 28, und
die Zonen 54 sowie 56 entsprechen im Allgemeinen
dem oberen Rückenbereich 30.
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Die
Sitzfläche 16 enthält, wie in 2 dargestellt,
ein Grundmaterial 62, das mit einem Sitzbezug 64 abgedeckt
ist. Das Grundmaterial 62 dient als Polster für
die Sitzfläche 16. In einer Ausführungsform
ist das Grundmaterial 62 ein synthetisches Schaumstoffmaterial.
In einer anderen Ausführungsform kann das Grundmaterial 62 ein
anderes Material sein, das ausreicht, um der Sitzfläche 16 Polstereigenschaften
zu verleihen. Der Sitzbezug 64 ist, wie in 2 gezeigt,
so eingerichtet, dass er die Sitzfläche 16 mit
einem schützenden und ästhetisch ansprechenden Überzug
versieht. In einer Ausführungsform ist der Sitzbezug 64 ein
Gewebematerial. In einer anderen Ausführungsform kann der
Sitzbezug 64 aus einem anderen Material, so beispielsweise
Leder, bestehen, das ausreicht, um einen schützenden und ästhetisch
ansprechenden Überzug für die Sitzfläche 16 zu
bilden.
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Die
Sitzfläche 16 enthält, wie des Weiteren
in 2 gezeigt, eine Insassenerkennungs-Wärmematte 10.
Die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 enthält
eine obere Schicht 66, eine Vielzahl von Elementen, die
im Folgenden als Wärmequellen 68 bezeichnet werden,
und eine untere Schicht 70. Die obere Schicht 66 und
die untere Schicht 70 schützen die Vielzahl von
Wärmequellen 68 vor unbeabsichtigter Beschädigung
und isolieren die Wärmequellen 68 elektrisch gegenüber
anderen Teilen der Sitzfläche 16. In der dargestellten
Ausführungsform bestehen die Oberschicht 66 und
die Unterschicht 70 aus einem Filzmaterial. Als Alternative
dazu kann es sich bei der oberen Schicht 66 und der unteren
Schicht 70 um ein anderes Material handeln, so beispielsweise in
Material auf Gewebebasis, das ausreicht, um die Vielzahl von Wärmequellen 68 gegenüber
unbeabsichtigter Beschädigung zu schützen und
die Wärmequellen 68 elektrisch gegenüber
anderen Teilen der Sitzfläche 16 zu isolieren.
Obwohl 2 einen Zwischenraum zwischen der oberen Schicht 66,
der Vielzahl von Wärmequellen 68 und der unteren
Schicht 70 darstellt, versteht sich, dass die obere Schicht 66 in
Kontakt mit der Vielzahl von Wärmequellen 68 sein kann
und die Vielzahl von Wärmequellen 68 in Kontakt
mit der unteren Schicht 70 sein kann. Obwohl die dargestellte
Ausführungsform eine obere Schicht 66, eine Vielzahl
von Wärmequellen 68 und eine untere Schicht 70 zeigt,
versteht sich, dass zusätzliche Schichten, wie beispielsweise
eine wärmereflektierende Schicht, eingesetzt werden können.
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Eine
Sitzfläche 16 ist in 3 so dargestellt, dass
sie den Sitzbezug 64 und die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 enthält.
Die Sitzfläche 16 enthält, wie bereits
beschrieben, einen hinteren Sitzbereich 32, einen mittleren
Sitzbereich 34 und einen vorderen Sitzbereich 36.
Der hintere Sitzbereich 32 enthält Zonen 48 sowie 46 der
Insassenerkennungs-Wärmematte 10, der mittlere
Sitzbereich 34 enthält Zonen 42 sowie 44 der
Insassenerkennungs-Wärmematte 10, und der vordere
Sitzbereich 36 enthält Zonen 38 sowie 40 der
Insassenerkennungs-Wärmematte 10.
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Die
Zonen 38, 42 und 46 enthalten, wie in 3 gezeigt,
jeweils eine Wärmequelle 68. Die Vielzahl von
Wärmequellen 68 sind so eingerichtet, dass sie
der Sitzfläche 16 Wärme zuführen.
Obwohl der Übersichtlichkeit halber in den Zonen 40, 44 und 48 keine
Wärmequelle 68 dargestellt ist, versteht sich, dass
auch in den Zonen 40, 44 und 48 eine
Wärmequelle 68 enthalten ist.
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Eine
Ausführungsform der Wärmequelle 68 enthält,
wie in 3 dargestellt, ein elektrisches Widerstandsgitter 72 sowie
eine Vielzahl von Gitteranschlüssen 74. Das elektrische
Widerstandsgitter 72 ist so eingerichtet, dass es Strom über
die Gitteranschlüsse 74 emp fängt und
Wärme erzeugt, wenn der Strom durch das Gitter 72 fließt.
Die elektrischen Widerstandsgitter 72 sind für
eine Heizdichte (heating density) entsprechend dem gewünschten
Heizeffekt ausgelegt. In einer Ausführungsform sind die
elektrischen Widerstandsgitter 72 für eine Heizdichte
in einem Bereich von ungefähr 200 Watt/m2 bis
ungefähr 1200 Watt/m2 ausgelegt,
wobei die Heiz- bzw. Wärmedichte als die Menge an Wärme
definiert ist, die mit einer bestimmten physischen Fläche
abgegeben wird. In einer anderen Ausführungsform können
die elektrischen Widerstandsgitter 72 für eine
Heizdichte von mehr als 1200 Watt/m2 oder
weniger als 200 Watt/m2 ausgelegt sein.
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In
der dargestellten Ausführungsform verwenden die elektrischen
Widerstandsgitter 72 Gleichstrom, der durch die Gitter 72 fließt,
um Wärme darin zu erzeugen und so zu dem Insassen auf dem Sitz 12 hin
gerichtete Wärme bereitzustellen. Der Gleichstrom liegt
in einem Bereich von ungefähr 0,5 Ampere bis ungefähr
4,0 Ampere bei einer Spannung in einem Bereich von ungefähr
6,0 Volt bis ungefähr 3,0 Volt. In einer weiteren Ausführungsform
können die elektrischen Widerstandsgitter 72 einen
anderen Typ Elektroenergie nutzen, so beispielsweise Wechselstrom,
der ausreicht, um durch die Gitter 72 zu fließen
und Wärme darin zu erzeugen.
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Obwohl
die in 3 dargestellten Wärmequellen 68 elektrische
Widerstandsgitter sind, versteht sich, dass andere Wärmequellen,
so beispielsweise thermoelektrische Vorrichtungen, leitende Kohlenstofffasern
oder jeder beliebige andere Mechanismus, eingesetzt werden kann,
der ausreicht, um Wärme für die Sitzfläche 16 zu
erzeugen.
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Die
Gitteranschlüsse 74 sind durch eine Vielzahl von
Gitterverbindern 78 mit einer Steuereinheit 76 verbunden.
Die Steuereinheit 76 ist, wie weiter unten erläutert,
so eingerichtet, dass sie eine Vielzahl von Funktionen erfüllt.
Die Steuereinheit 76 steht in Verbindung mit einer Stromzufuhr 80,
die so eingerichtet ist, dass sie der Steuereinheit 76 Strom
zuführt. In der dargestellten Ausführung stellt
die Stromversorgung 80 Gleichstrom bereit. In einer anderen Ausführungsform
kann die Stromquelle 80 einen anderen Typ Strom bereitstellen,
so beispielsweise Wechselstrom. Die Steuereinheit 76 enthält
einen Stromversorgungsschalter (nicht dargestellt), mit dem die
Stromversorgung 80 an- und ausgeschaltet werden kann. In
der dargestellten Ausführungsform steuert die Steuereinheit 76 den
dem elektrischen Widerstandsgittern 72 zugeführten
Strom, indem sie die Stromzufuhr 80 an- und ausschaltet.
In Funktion wünscht ein Insasse Wärme in dem Sitzpolster 16 und
löst einen Schalter (nicht dargestellt) im Innenraum des
Fahrzeugs aus. Der Schalter informiert die Steuereinheit 76,
die ihrerseits die Stromzufuhr 80 so steuert, dass sie
dem elektrischen Widerstandsgitter Strom zuführt. In einer
anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit 76 die
Stromzufuhr 80 automatisch so steuern, dass sie dem elektrischen
Widerstandsgitter 72 Strom zuführt.
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Eine
Signalerzeugungseinrichtung
84 steht, wie des Weiteren
in
3 gezeigt, mit der Steuereinheit
76 in
Verbindung. Die Signalerzeugungseinrichtung
84 ist so ausgeführt,
dass sie der Steuereinheit
76 ein kontinuierliches Signal
bereitstellt, die das Senden des Signals durch die Elemente bzw.
Wärmequellen
68 für ein Insassenerfassungssystem steuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Vorhandensein
eines Insassen durch kapazitive Erfassung festgestellt, wie dies
weiter unten erläutert ist, und so, wie dies im
US-Patent Nr. 6,812,431 offenbart
ist, das hiermit durch Verweis einbezogen wird. In einer Ausführungsform
hat das Signal eine sinusförmige Wechselstrom-Wellenform.
In einer anderen Ausführungsform kann das Signal ein anderer Typ
von Signal sein, so beispielsweise eine abgeschnittene Wellenform
haben. Die Steuereinheit
76 ist so eingerichtet, dass sie
das Signal empfängt und das Senden des Signals zu den Elementen
bzw. Wärmequellen
68 steuert. Die Steuereinheit
76 leitet die
Signale über die Gitterverbinder
78 zu den Wärmequellen
68.
In dieser Ausführungsform läuft das Signal über
die Gitterverbinder
78 und fließt durch das elektrische
Widerstandsgitter
72. Dementsprechend kann jedes elektrische
Widerstandsgitter
72 gleichzeitig über Strom für
Heizzwecke und ein Signal, beispielsweise in Sinuswellenform, verfügen, das
durch selbiges hindurchfließt.
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Obwohl
zu veranschaulichenden Zwecken in 3 die Stromversorgung 80,
die Signalerzeugungseinrichtung 84 und die Steuereinheit 76 als
separate Komponenten dargestellt und hinsichtlich der Funktionalität
als solche beschriebenen sind, versteht sich, dass die Stromzufuhr 80,
die Signalerzeugungseinrichtung 84 und die Steuereinheit 76 in
einem Modul bzw. einer Baugruppe kombiniert sein können
oder eine einzelne Einheit sein können, die die oben beschriebenen
Funktionen erfüllt.
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Die
Signale, die durch jedes elektrische Widerstandsgitter 72 fließen,
erzeugen, wie des Weiteren in 3 dargestellt,
eine Antenne zur Insassenerfassung. Jede Antenne weist ein damit
verbundenes elektrisches Feld 88 und 90 auf, wenn
das Signal durch das elektrische Gitter 72 fließt.
Es versteht sich, dass die Darstellung der Form der elektrischen Felder 88 und 90 lediglich
veranschaulichenden Zwecken dient, und dass die elektrischen Felder 88 und 90 eine
andere Form haben können.
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Im
Allgemeinen dienen die Antenne und die entsprechenden elektrischen
Felder 88 und 90 dazu, einen Insassen auf dem
Sitz zu erfassen. Jedes elektrische Feld 88 oder 90 weist
erkennbare Eigenschaften auf, die erfasst und überwacht
werden können. Zu Beispielen erkennbarer Eigenschaften
eines elektrischen Feldes 88 und 90 gehören
Feld-Phase, Feld-Frequenz und Feld-Amplitude.
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In
Funktion wird, wie weiterhin in 4 schematisch
gezeigt, eine Kapazität, die mit 92 gekennzeichnet
ist, zwischen benachbarten elektrischen Feldern 88 und 90 erzeugt.
Wenn die Kapazität 92 der elektrischen Felder 88 und 90,
beispielsweise durch das Vorhandensein eines Insassen in diesem Feld
gestört wird, ändern sich die erkennbaren Eigenschaften
der elektrischen Felder 88 und 90, und die Änderung
kann erfasst werden, um das Vorhandensein eines Insassen festzustellen.
In der dargestellten Ausführungsform geht die Kapazität 92 zwischen
den elektrischen Gittern 72 mit dem Vorhandensein der elektrischen
Gitter 72 einher. In einer anderen Ausführungsform
kann die Kapazität 92 ein Kondensator sein, der
zwischen den elektrischen Gittern angeordnet ist. In einer weiteren
Ausführungsform kann die Kapazität 92 eine
andere Komponente, Vorrichtung oder Baugruppe sein, die zwischen
den elektrischen Gittern 88 und 90 angeordnet
ist und gestört werden kann.
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Die
erkennbaren Eigenschaften der elektrischen Felder 88 werden
durch die Steuereinheit 76 überwacht. Die Steuereinheit 76 enthält
Einrichtungen zum Überwachen der erkennbaren Eigenschaften
elektrischer Felder 88 und 90 und zum Feststellen
einer Änderung der erkennbaren Eigenschaften. Wenn sich
die erkennbaren Eigenschaften ändern, so beispielsweise
aufgrund eines Insassen auf dem Sitz 12, wird die Änderung
durch die Steuereinheit 76 erfasst, und die Steuereinheit 76 informiert
andere Steuersysteme (nicht dargestellt) über das Vorhandensein
eines Fremdkörpers, wie beispielsweise einer Person, die
auf dem Sitzpolster 16 sitzt. Ein Beispiel für
das Erfassen einer Änderung durch eine Steuereinheit liegt
vor, wenn sich ein Insasse zu einer Seite des Sitzes 12 hin
lehnt. In dieser Situation erfasst die Steuereinheit 76 Änderungen
der erkennbaren Eigenschaften der elektrischen Felder 88 und kann
anderen Systemen, wie beispielsweise dem Seiten-Airbagsystem (nicht
dargestellt), den Zustand signalisieren.
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Obwohl
die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 in der vorangehenden
Beschreibung im Zusammenhang mit der Sitzfläche 16 beschrieben
wird, versteht sich, dass die Beschreibung ebenso für die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 gilt,
die in der Sitzlehne 14 angeordnet ist.
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Ein
Vorteil der Insassenerkennungs-Wärmematte 10 besteht
darin, dass die Wärmequellen 68 sowohl als eine
Wärmequelle als auch als eine Antenne für die
Insassenerkennungsfunktion dienen. Diese Kombination verhindert
eine Verlagerung der Wärmequellen relativ zu der Erfassungsfunktion.
Da eine Verlagerung zwischen der Wärmequelle und der Erfassungsfunktion
ausgeschlossen wird, wird eine Fehlerquelle in der Kapazität 92 zwischen
benachbarten elektrischen Feldern 88 und 90 beseitigt.
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Ein
weitere Vorteil der Insassenerkennungs-Wärmematte 10 besteht
darin, dass die Kombination aus der Funktion der Wärmequellen 68 und der
Insassenerkennungsfunktion leichtere und genauere Wartung der Insassenerkennungs-Wärmematte 10 ermöglicht.
Wenn die Insassenerkennungs-Wärmematte 10 ausgetauscht
werden muss, kann die Matte 10 ausgetauscht werden, und
die Funktionen des Heizens und Erfassens sind in die Austauscheinheit
integriert. Daher ist es nicht notwendig, erneute Abstimmung zwischen
separaten Systemen durchzuführen.
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Gemäß den
Vorgaben der Patentgesetzgebung sind das Prinzip und die Funktionsweise
der vorliegenden Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform
erläutert und dargestellt worden. Es versteht sich jedoch,
dass die vorliegende Erfindung anders als ausdrücklich
erläutert und dargestellt ausgeführt werden kann,
ohne von ihrem Geist oder Schutzumfang abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6812431 [0002, 0024]