DE102009016965B4

DE102009016965B4 - Flexibles Flächengebilde, Sitzvorrichtung mit Beheizung und Sitzbelegungserkennung und Verfahren zum Betreiben eines flexiblen Flächengebildes

Info

Publication number: DE102009016965B4
Application number: DE102009016965.2A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Walter Heike; Dr. Lienkamp Markus
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: DE102009016965A1

Abstract

Flexibles Flächengebilde zum elektrischen Erzeugen von Wärme, welches wenigstens einen integrierten, elektrisch beheizbaren Leiter (12, 14) aufweist, wobei der elektrisch beheizbare Leiter (12, 14) sowohl als Heizleiter als auch als ein Sensorelement verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
• das durch den elektrisch beheizbaren Leiter (12, 14) ausgebildete Sensorelement aus wenigstens zwei elektrischen Leiter (12, 14) ausgebildet ist, die in nebeneinander und voneinander elektrisch isolierten Streifenabschnitten des flexiblen Flächengebildes angeordnet sind,
• wobei die wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierten Streifenabschnitte als gegenpolige Kondensatorelektroden verwendet werden, um dadurch eine zwischen ihnen messbare elektrische Kapazität zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Flächengebilde, eine Sitzvorrichtung, deren Sitzpolsterung mit einem flexiblen Flächengebilde zum elektrischen Erzeugen von Wärme versehen ist und ein Verfahren zum Betreiben des flexiblen Flächengebildes.
Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen im Sinne der Verbesserung des Komforts für die beförderten Personen die Sitzpolsterung mit einer elektrischen Heizung auszustatten, die aus Metall-Heizelementen in Form einer Drahtspirale oder Flächenelementen ausgebildet ist. Ferner sind Lösungen bekannt, einen elektrisch leitenden Draht oder einen metallisch beschichteten Faden in Textilstoff zu verweben oder einzuflechten und ein solches Textil-Heizelement unterhalb eines Obermaterials einer Sitzpolsterung anzuordnen. Andererseits ist auch bekannt, mittels kapazitiver Sensorelemente die Sitzbelegung zu erfassen, um beispielsweise bei fehlender Sitzbelegung die zu dem Sitz korrespondierenden Airbags zu deaktivieren oder sie bei einem erkannten Kindersitz oder einem zu kleinen Kind zu deaktivieren. Die kapazitive Erfassung der Sitzbelegung erfolgt hierbei durch das Messen der elektrischen Kapazität eines in der Sitzfläche durch wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Flächenelektroden gebildeten Kondensators. Wenn keine Person in dem Sitz Platz genommen hat, befindet sich nur Luft zwischen diesen Flächenelektroden, setzt sich jedoch eine Person auf die Sitzfläche des Sitzes, verändert sich die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums deutlich unterscheidbar von der Dielektrizitätskonstante der Luft und ermöglicht dadurch eine Erfassung der Sitzbelegung durch eine geänderte Kondensatorkapazität.
Ebenso sind Systeme bekannt, die beide oben beschriebenen Funktionalitäten in nur einem Textilstoff verwirklichen, um dadurch Herstellungskosten einzusparen, wie weiter folgend beschrieben wird.
Die DE 102 54 622 A1 offenbart eine flexible Heizfolie mit mindestens einer darauf durch Aufdampfen angebrachten metallischen Leitschicht. Eine Sitzbelegungsfunktion ist hierbei nicht vorgesehen.
Die DE 10 2006 018 063 B3 offenbart ein Herstellungs-Verfahren und ein Flächen-Heizelement, bei dem zwischen zwei flexiblen folienartigen Elektroden eine Vielzahl ausgebildeter Heizelemente angeordnet ist.
Weiterhin offenbart die DE 103 58 793 A1 ein als eine flexible Leiterbahnfolie ausgebildetes Sensor- und Heizelement für den Sitz eines Kraftfahrzeuges, wobei die Heizleiter auf einer flexiblen Leiterbahnfolie zwischen beziehungsweise neben den Leiterbahnen des Heizelementes und des Sensors angeordnet sind. Das Sensorelement ist hierbei vor allem zur Sitzbelegungserkennung oder der Gewichtsmessung vorgesehen und durch Widerstandsbeziehungsweise Kapazitätsmessung vorgeschlagen. Es ist ferner vorgeschlagen, die Heizfläche in einzelne Teilbereiche aufzuteilen, die unabhängig voneinander steuerbar sind, und deren Beheizung mit dem Ausmaß der Sitzbelegung zu verknüpfen, wodurch Heizleistung eingespart wird.
Die DE 100 29 237 A1 beschreibt eine Sitzheizung für Kraftfahrzeuge, die sich durch über die Sitzfläche verteilte Sensoren und diesen zugeordnete Bereiche eines Heizers auszeichnet, welche selektiv bei Druckeinwirkung auf den zugehörigen Sensor eingeschaltet werden und nur die Flächen beheizen, die in Körperkontakt mit dem Sitzenden stehen. So wird nur dort Strom verbraucht, während die übrigen Flächen von Sitz und Lehne unbeheizt bleiben.
In der DE 10 2006 017 732 A1 ist ein leitfähiges textiles Flächengebilde zur Verwendung in Kraftfahrzeugen offenbart, das elektrisch oder optisch leitfähige Filamente als Heizleiter, als Temperatursensor, als Druckerfassungssensor oder als eine Antenne aufweist. In einem Textil sind leitende Fäden eingeflochten, wobei es getrennte leitende Fäden für Beheizung und zum Messen der Temperatur und dergleichen gibt. Eine weitere parallel ins Textil einzuflechtende Fadenart soll als ein Drucksensor für die Sitzbelegungserkennung dienen. Die durch Gewichtsdruck einer Person bewirkte Ausdehnung des Sitzstoffes ändert den Abstand zwischen den Drucksensordrähten, der als eine kapazitive oder eine induktive Änderung erfasst und in einen Gewichtswert umgerechnet wird. Ferner kann mit einem Messen der Kapazität auf die Körpergröße des Insassen geschlossen werden, wenn zum Beispiel eine solche Flächenkapazität im Schulterbereich in der Rückenlehne des Sitzes angeordnet wird. Alternativ ist vorgeschlagen, die dem Gewicht des Insassen proportionale Ausdehnung leitfähiger Fäden durch die damit einhergehende Widerstandsänderung zu erfassen und so das Gewicht zu ermitteln. Eine optische Faser liefert alternativ dazu ein umso mehr gedämpftes Lichtsignal je stärker sie durch das Insassengewicht durchgebogen wird, wodurch das Insassengewicht ebenso ermittelbar ist. Es ist ein mehrschichtiger Aufbau vorgeschlagen, bei dem jeder der Sensorfunktionen eigene Leiterfäden zugeordnet sind, wodurch die Herstellung des Flächengebildes kostenintensiv ist und seine Flexibilität darunter leiden kann.
DE 41 10 936 A1 befasst sich mit einem elektrisch beheizten Sitz, bei dem in der Sitzfläche und in der Rückenlehne angeordnete Widerstandsheizdrähte Elektroden zur Messung einer Kapazität bilden. Weitere mit dem gattungsgemäßen Gegenstand befasste Druckschriften sind WO 2007/089654 A2 , US 6 703 845 B2 , DE 43 38 285 A1 , DE 10 2005 024 432 A1 , DE 10 2006 036 405 A1 und EP 0 745 038 B1 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Anordnung von Heizelementen und Sensoren, insbesondere eines kapazitiven Sitzbelegungssensors, in einem Sitz vorzuschlagen, bei der die Herstellkosten reduziert sind.
Ausgangspunkt der Erfindung, wodurch die Aufgabe gelöst wird, ist ein flexibles Flächengebilde zum elektrischen Erzeugen von Wärme, welches wenigstens einen integrierten, elektrisch beheizbaren Leiter aufweist, wobei der elektrisch beheizbare Leiter sowohl als Heizleiter als auch als ein Sensorelement verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das durch den elektrisch beheizbaren Leiter ausgebildete Sensorelement aus wenigstens zwei elektrischen Leitern ausgebildet ist, die in nebeneinander und voneinander elektrisch isolierten Streifenabschnitten eines flexiblen Flächengebildes angeordnet sind, wobei die wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierten Streifenabschnitte als gegenpolige Kondensatorelektroden verwendet werden, um dadurch eine zwischen ihnen messbare elektrische Kapazität zu erfassen.
Dadurch kann das flexible Flächengebilde weniger Elemente aufweisen, die entsprechend einfacher angeordnet sind und die Dicke sowie die Herstellkosten sind hierdurch verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der wenigstens eine, als eine Kondensatorelektrode verwendbare Leiter abwechselnd, vorzugsweise periodisch abwechselnd, mit einem Beheizungsstrom beaufschlagt, also als Heizleiter verwendet, oder als eine gegenüber der anderen Kondensatorelektrode gegenpolig geschaltete Kondensatorelektrode zum Messen der elektrischen Kapazität verwendet.
Durch abwechselnde Beschaltung des wenigstens einen erfindungsgemäßen Leiters als ein Heizelement und als Sensorelement kann einerseits gewährleistet werden, dass eine erforderliche Wärmeleistung erzeugt wird und andererseits, dass mithilfe des gleichen Leiters unabhängig von der ersten Funktion eine Messung der elektrischen Kapazität ausgeführt werden kann. Die Dauer der Zeitperioden für die Heizfunktion und für die Messfunktion kann entsprechend so gewählt werden, dass beide Funktionen optimal ausgeführt werden. Dabei kann die Länge dieser jeweiligen Zeitperioden in einem beliebigen Verhältnis und Betrag vorgegeben werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße flexible Flächengebilde als ein Textilstoff gewebt oder gestrickt, wobei die Leiter durch wenigstens einen elektrisch leitenden Faden ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das elektrisch leitende Material des Fadens eines Leiters aus einem Metall oder einem leitenden Polymer oder einem metallisch beschichteten Polymer ausgebildet.
Bevorzugt weist das flexible Flächengebilde eine Vielzahl von Streifenabschnitten auf, welche unabhängig voneinander als jeweils ein Sensorelement verwendet werden, um dadurch beispielsweise weitere Informationen über die Person, welche die Sitzvorrichtung belegt, erfassen zu können.
Vorzugsweise sind die elektrischen Leiter mit Kontaktanschlüssen ausgestattet, mit welchen sie an eine elektrische und/oder elektronische Schaltung anschließbar sind.
Nach einem zweiten Aspekt geht die vorliegende Erfindung von einer Sitzvorrichtung mit einer ausgepolsterten Sitzfläche und einer Rückenlehne, vorzugsweise für ein Personenbeförderungsmittel, aus.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass das flexible Flächengebilde nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen als das Polstermaterial der Sitzvorrichtung verwendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das flexible Flächengebilde unterhalb eines Obermaterials der Sitzflächenpolsterung angeordnet, wodurch die zu erzeugende Wärme schnell zum gewünschten lokalen Wärmeeffekt führen kann und hierbei Energie eingespart wird, da keine dicken Polster dazwischen angeordnet sind.
In einer noch bevorzugteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bildet das flexible Flächengebilde selbst das Obermaterial der Sitzflächenpolsterung aus. Hierdurch wird Material eingespart und eine noch schneller und direkter wirkende Heizfunktion ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist innerhalb oder außerhalb der Sitzvorrichtung eine elektronische Steuerung angeordnet, welche den wenigstens einen Leiter des flexiblen Flächengebildes abwechselnd, vorzugsweise periodisch abwechselnd, mit einer Heizstromquelle oder einer Kapazitätsmessschaltung verbindet.
Das erfasste Signal der Kapazitätsmessschaltung ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung für eine Sitzbelegungserkennung, eine Anpassung von Airbagfunktionen, eine Gurtanschnallwarnung, eine Gurtausfahrfunktion und/oder dergleichen in einem Personenbeförderungsmittel verwendet.
Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Aufgaben der Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben eines flexiblen Flächengebildes nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen in der Auskleidung einer Sitzvorrichtung eines Personenbeförderungsmittels dadurch gelöst, dass die als Kondensatorelektroden verwendbaren Leiter abwechselnd, vorzugsweise periodisch abwechselnd, mit einem Beheizungsstrom beaufschlagt (also als Heizleiter verwendet) oder als gegenpolig geschaltete Kondensatorelektroden zum Messen der elektrischen Kapazität verwendet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird besonders bevorzugt das erfasste Signal der Kapazitätsmessschaltung für eine Sitzbelegungserkennung, eine Anpassung von Airbagfunktionen, eine Gurtanschnallwarnung, eine Gurtausfahrfunktion und/oder dergleichen in einem Personenbeförderungsmittel verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das jeweilige erfasste Signal der Kapazitätsmessschaltung einer Vielzahl von voneinander elektrisch isolierten Streifenabschnitten des flexiblen Flächengebildes zum Ermitteln der von einer Person beanspruchten Sitzfläche, ihres Gewichtes und/oder ihrer Körpergröße verwendet.
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 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes mit erfindungsgemäßem Textilbezug in einer ersten Ausgestaltung und
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes mit erfindungsgemäßem Textilbezug in einer zweiten Ausgestaltung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes 10 mit erfindungsgemäßem Textilbezug auf dem Sitzbereich 101 in einer ersten Ausgestaltung. Der Sitz weist eine übliche Rückenlehne 102 auf, die in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung auch dazu verwendet sein kann, mit dem erfindungsgemäßen Textilbezug versehen zu werden.
In dem Textilbezug sind erfindungsgemäß im Bereich der Aufsitzfläche des Sitzes beheizte Leiter 12n, 14n eingearbeitet und in mehreren Streifenabschnitten angeordnet, was durch + und – Symbole dargestellt ist. In diesem Beispiel sind es insgesamt vier Streifenabschnitte 12₁, 14₁, 12₂, 14₂, die jeweils zueinander gegenpolig als Kondensatorplatten verschaltet und/oder mit einem Heizstrom beaufschlagt werden.
Eine elektrische und elektronische Spannungsversorgungs- und Steuerungseinheit 20, die mit den Leitern 12n, 14n elektrisch verbunden ist, sorgt für eine erfindungsgemäß kontrollierte Beheizung der Sitzfläche und Erfassung der Sitzbelegung.
In dieser Ausgestaltung sind jeweils zwei Kondensatoren in dem Textilbezug ausgebildet: ein Kondensator zwischen einem am Pluspol angelegten Leiter 12₁ und einem am Minuspol angelegten Leiter 14₁, und ein zweiter Kondensator entsprechend zwischen einem am Pluspol angelegten Leiter 12₂ und am Minuspol angelegten Leiter 14₂. Der Volumenbereich über diesen jeweiligen Kondensatorsensoren bildet das Dielektrikum dieser Kondensatoren. Bei einem unbelegten Sitz ist dieses Dielektrikum die Luft mit der bekannten Dielektrizitätskonstante und bei einem durch eine Person belegten Sitz bildet die Bekleidung und das menschliche Gewebe das Dielektrikum mit einer deutlich unterscheidbaren Dielektrizitätskonstante. Die Messung der dadurch geänderten Kondensatorkapazität erfolgt üblicherweise durch das Messen der Belade- und/oder Entladezeit des Kondensators oder durch eine Frequenzmessung in einem gebildeten elektrischen Schwingkreis.
Die Steuerung 20 schaltet beispielsweise periodisch für kurze vorgegebene Zeitabschnitte einen Heizstrom durch die Leiter 12n, 14n ein und in den vorgegebenen kurzen zwischenliegenden Zeitabschnitten ohne Heizstrom schaltet sie diese Leiter 12n, 14n als Kondensatoren und führt eine Sitzbelegungsmessung aus.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes 10 mit erfindungsgemäßem Textilbezug in einer zweiten Ausgestaltung.
In Gegensatz zur Ausgestaltung in 1 bildet hier der erfindungsgemäße Textilbezug nur einen Pol des Kondensators aus, so dass der zweite Pol des erfindungsgemäßen Sensorkondensators beispielsweise durch den Boden beziehungsweise Bodenbelag gegeben ist, der als Leiter 14 ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist der durch den Bodenbereich gebildete Leiter 14 mit der elektrischen Masse des Fahrzeugs, hierbei mit dem Minuspol verbunden und der Textilbezug in dem Sitzbereich des Sitzes stellt den anderen, mit dem Pluspol verbundenen Leiter 12 dar.
Eine elektrische und elektronische Spannungsversorgungs- und Steuerungseinheit 20, die mit den Leitern 12 und 14 elektrisch verbunden ist, sorgt auch in dieser Ausgestaltung für eine erfindungsgemäß kontrollierte Beheizung der Sitzfläche und Erfassung der Sitzbelegung.
Hierbei ist der Abstand zwischen den durch die Leiter 12 und 14 gebildeten Kondensatorplatten größer als in der Ausgestaltung in 1. Folglich tritt die durch eine den Sitz belegende Person 40 geänderte Kondensatorkapazität im Vergleich zu einem unbelegten Sitz noch deutlicher zum Vorschein. Ferner müssen weniger elektrische Anschlüsse an dem Textilbezug eingerichtet werden, wodurch Herstellkosten eingespart werden können.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugsitz
101: Sitzbereich
102: Rückenlehne
12: Leiter
12n: Vielzahl von Leitern
14: Leiter
14n: Vielzahl von Leitern
20: Spannungsversorgungs- und Steuerungseinheit
40: Person

Claims

Flexibles Flächengebilde zum elektrischen Erzeugen von Wärme, welches wenigstens einen integrierten, elektrisch beheizbaren Leiter (12, 14) aufweist, wobei der elektrisch beheizbare Leiter (12, 14) sowohl als Heizleiter als auch als ein Sensorelement verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass • das durch den elektrisch beheizbaren Leiter (12, 14) ausgebildete Sensorelement aus wenigstens zwei elektrischen Leiter (12, 14) ausgebildet ist, die in nebeneinander und voneinander elektrisch isolierten Streifenabschnitten des flexiblen Flächengebildes angeordnet sind, • wobei die wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierten Streifenabschnitte als gegenpolige Kondensatorelektroden verwendet werden, um dadurch eine zwischen ihnen messbare elektrische Kapazität zu erfassen.
Flexibles Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Flächengebilde als ein Textilstoff gewebt oder gestrickt ist, wobei die voneinander elektrisch isolierten Leiter (12, 14) durch wenigstens einen elektrisch leitenden Faden ausgebildet sind.
Flexibles Flächengebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material des Fadens der elektrisch isolierten Leiter (12, 14) aus einem Metall oder einem leitenden Polymer oder einem metallisch beschichteten Polymer gebildet ist.
Flexibles Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (12, 14) Kontaktanschlüsse aufweisen.
Sitzvorrichtung (10) mit einer mit einem Polstermaterial ausgepolsterten Sitzfläche (101) und einer Rückenlehne (102), dadurch gekennzeichnet, dass als das Polstermaterial der Sitzvorrichtung das flexible Flächengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird.
Sitzvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Flächengebilde unterhalb eines Obermaterials der Sitzflächenpolsterung angeordnet ist.
Sitzvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Flächengebilde das Obermaterial der Sitzflächenpolsterung ausbildet.
Sitzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb oder außerhalb der Sitzvorrichtung eine elektronische Steuerung (20) angeordnet ist, welche die elektrischen Leiter (12, 14) des flexiblen Flächengebildes abwechselnd mit einer Heizstromquelle oder einer Kapazitätsmessschaltung verbindet.
Sitzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Signal der Kapazitätsmessschaltung für eine Sitzbelegungserkennung, eine Anpassung von Airbagfunktionen, eine Gurtanschnallwarnung und/oder eine Gurtausfahrfunktion in einem Personenbeförderungsmittel verwendet wird.
Verfahren zum Betreiben eines flexiblen Flächengebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in der Polsterung einer Sitzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kondensatorelektroden verwendbaren elektrischen Leiter (12, 14) abwechselnd mit einem Beheizungsstrom beaufschlagt werden, um als Heizleiter verwendet zu werden, oder die als Kondensatorelektroden verwendbaren elektrischen Leiter (12, 14) zum Messen der elektrischen Kapazität als gegenpolig geschaltete Kondensatorelektroden verwendet werden, um eine zwischen ihnen messbare elektrische Kapazität zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kondensatorelektroden verwendbaren elektrischen Leiter (12, 14) periodisch abwechselnd mit dem Beheizungsstrom beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Signal der Kapazitätsmessschaltung der voneinander elektrisch isolierten wenigstens zwei Streifenabschnitte des flexiblen Flächengebildes für eine Sitzbelegungserkennung, eine Anpassung von Airbagfunktionen, eine Gurtanschnallwarnung und/oder eine Gurtausfahrfunktion in einem Personenbeförderungsmittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige erfasste Signal der Kapazitätsmessschaltung einer Vielzahl von voneinander elektrisch isolierten wenigstens zwei Streifenabschnitten des flexiblen Flächengebildes zum Ermitteln der von einer Person (40) beanspruchten Sitzfläche, ihres Gewichtes und/oder ihrer Körpergröße verwendet wird.