DE102012201331A1

DE102012201331A1 - Sitz, insbesondere Fahrzeugsitz, mit einem Formänderungselement sowie Verfahren zum Ansteuern eines Formänderungselements eines Sitzes

Info

Publication number: DE102012201331A1
Application number: DE102012201331A
Authority: DE
Inventors: Jeroen Lem; Karl Siebertz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2012-09-06
Also published as: CN102653253A; CN102653253B; US8678500B2; US20120223554A1; RU2584638C2; RU2012107980A

Abstract

Ein erfindungsgemäßer Sitz, insbesondere ein Fahrzeugsitz (25), weist einen Sitzrahmen (29), eine Sitzoberfläche (31) und mindestens ein zwischen Sitzrahmen (29) und Sitzoberfläche (31) wirkendes Formänderungselement auf, wobei das mindestens eine Formänderungselement automatisch zur aktiven Kompensation von über den Sitzrahmen (29) auf eine auf dem Sitz sitzende Person übertragbaren Schwingungen ansteuerbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Formänderungselements eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes (25), das zwischen einem Sitzrahmen (29) und einer Sitzoberfläche (31) des Sitzes wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, mit einem Formänderungselement, sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Formänderungselements eines Sitzes, gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
An die Konstruktion von Fahrzeugsitzen wird eine Reihe von Anforderungen gestellt. So soll ein Fahrzeugsitz insbesondere ein ermüdungsfreies und komfortables Sitzen eines Fahrzeuginsassen ermöglichen. Hierfür ist eine Dämpfung der Schwingungen notwendig, die von einem Fahrzeug über den Sitz auf die auf dem Sitz sitzende Person übertragen werden. Üblicherweise weisen Fahrzeugsitze deshalb eine federnde Unterstützung der Sitzfläche und/oder ein Schaumkissen zur Schwingungsdämpfung auf. Dabei kann durch eine federnde Unterstützung der Sitzfläche, beispielsweise durch federnde Metalldrähte, die Übertragung höherfrequenter Schwingungen auf die sitzende Person weitgehend vermieden werden; hierbei können aber niederfrequente Resonanzschwingungen im Bereich von ca. 4 bis 7 Hz auftreten, die den Sitzkomfort beeinträchtigen. Anderseits gelingt durch eine Schaumauflage auf einer fest mit dem Sitzrahmen verbundenen Unterlage eine gute Entkopplung bei niedrigen Frequenzen, jedoch ist die Dämpfung höherfrequenter Schwingungen geringer.
In EP 1 564 066 B1 wird deshalb ein Sitz mit mindestens einem Formänderungselement vorgeschlagen, wobei zwischen Formänderungselement und Sitzauflage eine steife Stützplatte angeordnet ist. Um bei möglichst vielen Fahrsituationen und unterschiedlichster Anatomie der Insassen ein verbessertes Dämpfungsverhalten bzw. eine verkleinerte Durchlässigkeit zu erzielen, sind die Formänderungselemente über eine Steuerung automatisch regelbar, wobei die Steuereinrichtung physiologische Parameter sowie Fahrzeug-, Fahrsituations- und/oder Sitzparameter berücksichtigt. Hierdurch können die Dämpfungseigenschaften während der Fahrt der Fahrsituation und/oder dem Insassen angepasst werden. Gemäß EP 1 712 405 B1 sind mindestens zwei Formänderungselemente vorgesehen, die eine Kippbewegung ermöglichen, um dadurch zusätzlich einer Ermüdung vorzubeugen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, mit einem Formänderungselement zu schaffen, der ein weiter verbessertes Dämpfungsverhalten gegenüber auf eine sitzende Person übertragenen Schwingungen aufweist. Weiter ist besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Ansteuern eines Formänderungselements eines Sitzes anzugeben, mit dem eine weiter verbesserte Schwingungsdämpfung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung sowie durch ein Verfahren wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Sitz, insbesondere ein Fahrzeugsitz, umfasst einen Sitzrahmen und eine Sitzoberfläche. Der Sitzrahmen stellt eine Tragstruktur des Sitzes dar, die beispielsweise einen äußeren Rahmen und eine fest mit diesem verbundene Blechpfanne umfasst, auf der weitere Elemente des Sitzaufbaus aufliegen. Sofern es sich um einen Fahrzeugsitz handelt, ist der Sitzrahmen beispielsweise über einen Verschiebe- und/oder Verstellmechanismus mit dem Fahrzeug verbunden. Die Sitzoberfläche vermittelt den Kontakt zwischen dem Sitz und einer auf dem Sitz sitzenden Person und umfasst insbesondere eine Sitzfläche sowie eine Oberfläche einer Rückenlehne des Sitzes. Die Sitzoberfläche kann durch die Oberfläche einer Sitzauflage gebildet werden, die unter anderem ein Sitzkissen umfasst. Sitzoberfläche, Sitzauflage, Sitzkissen und Rückenlehne können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
Weiterhin umfasst der Sitz mindestens ein Formänderungselement, das zwischen Sitzrahmen und Sitzoberfläche wirkt. Hierfür ist das Formänderungselement derart angeordnet, dass es zumindest einen Teil der Kräfte, die von der sitzenden Person auf den Sitz ausgeübt werden, insbesondere Gewichts- und Trägheitskräfte, aufnimmt und in die Tragstruktur des Sitzes, d.h. in den Sitzrahmen, weiterleitet. Umgekehrt übt das Formänderungselement entsprechende Kräfte auf die Person aus. Das Formänderungselement kann unterhalb der Sitzoberfläche oder unterhalb eines Sitzkissens angeordnet sein, kann aber auch beispielsweise als Sitzkissen ausgebildet sein und selbst die Sitzoberfläche oder einen Teil der Sitzoberfläche bilden.
Das mindestens eine Formänderungselement ist zur Form- bzw. Volumenänderung automatisch ansteuerbar, insbesondere über eine Steuerung. Eine hierdurch gesteuerte Form- bzw. Volumenänderung des Formänderungselements führt daher zu einer Formänderung der Sitzoberfläche und/oder einer Änderung der Kräfte, die über diese auf die sitzende Person übertragen werden. Das Formänderungselement kann auf unterschiedliche Weise betätigbar sein, etwa pneumatisch, hydraulisch, über elektrische Stellmotoren, Formgedächtnis-Elemente oder andere Mittel.
Erfindungsgemäß wird das mindestens eine Formänderungselement zur aktiven Kompensation von Schwingungen angesteuert, die über den Sitzrahmen auf eine auf dem Sitz sitzende Person übertragen werden können. Bei einem Fahrzeugsitz werden solche Schwingungen insbesondere während der Fahrbewegung des Fahrzeugs durch Unebenheiten der Fahrbahn verursacht und über das Fahrwerk auf das Fahrzeug übertragen, von wo sie auf den mit dem Fahrzeug verbundenen Sitzrahmen übertragen werden. Derartige Schwingungen können aber auch beispielsweise durch den Motor selbst oder durch einen Anlasser sowie durch andere bewegte Teile des Fahrzeugs, etwa durch eine Unwucht eines Rads, erzeugt werden und auf den Sitzrahmen übertragen werden. Ebenso können Beschleunigungs- oder Bremsbewegungen des Fahrzeugs solche Schwingungen auslösen.
Dadurch, dass das mindestens eine Formänderungselement zur aktiven Kompensation derartiger Schwingungen angesteuert wird, ist ein aktiver Ausgleich von Schwingungsbewegungen möglich und somit eine teilweise oder praktisch vollständige Aufhebung der Schwingungsbewegungen. Die Schwingungen werden somit nicht mehr oder nur noch zu einem geringen Anteil auf die auf dem Sitz sitzende Person übertragen. Erfindungsgemäß ist somit erkannt worden, dass durch eine entsprechende Ansteuerung des Formänderungselements eine aktive Auslöschung der vom Sitzrahmen auf die Peron übertragenen Schwingungen möglich ist. Hierdurch wird ein erheblicher Komfortgewinn erzielt.
Das mindestens eine Formänderungselement kann in unterschiedlichen Bereichen des Sitzaufbaus angeordnet und in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. So kann beispielsweise ein Formänderungselement innerhalb oder unterhalb eines Sitzkissens bzw. der Sitzauflage oder auch unterhalb einer Stützplatte unterhalb des Sitzkissens angeordnet sein. Ein Formänderungselement kann auch in der Rückenlehne angeordnet sein. In einem Sitz können auch mehrere Formänderungselemente in dem gleichen Bereich oder in unterschiedlichen Bereichen des Sitzes vorhanden sein.
In bevorzugter Weise ist das mindestens eine Formänderungselement als Sitzkissen ausgebildet. Hierdurch wird ein unmittelbarer Kontakt mit einer auf dem Sitz sitzenden Person erzielt und eine besonders wirksame Steuerung zur weitestgehenden Kompensation der Schwingungen ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine Formänderungselement ein fluidgefülltes Kissen. Insbesondere kann das Formänderungselement als ein solches Kissen, beispielsweise als Sitzkissen, ausgebildet sein, das mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache, kostengünstige und wirksame Ausführung des Formänderungselements.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Formänderungselement durch eine Fluidsteuereinheit ansteuerbar ist, die den Druck und/oder das Volumen des in dem Kissen enthaltenen Fluids steuert. Hierdurch kann auf einfache Weise eine erfindungsgemäße Steuerung realisiert werden.
Die Fluidsteuereinheit kann in vorteilhafter Weise in den Sitz integriert sein, d.h. insbesondere innerhalb des Sitzes angeordnet oder mit diesem fest verbunden sein, beispielsweise unter der Sitzfläche oder in der Rückenlehne. Dies hat zum einen den Vorteil, dass eine Verbindungsleitung zwischen der Fluidsteuereinheit und dem fluidgefüllten Kissen nur eine relativ kurze Länge aufweisen muss und dadurch eine schnellere und effektivere Steuerung des Drucks bzw. des Volumens des in dem Kissen enthaltenen Fluids ermöglicht wird. Zum anderen erleichtert eine derartige Anordnung die Wartung und auch beispielsweise den Austausch eines Sitzes einschließlich der Fluidsteuereinheit im Falle eines Defekts.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Fluidsteuereinheit einen motorisch, insbesondere elektromotorisch, ansteuerbaren Fluidzylinder, der über eine Verbindungsleitung mit dem fluidgefüllten Kissen in Fluid-Verbindung steht. Durch eine Bewegung des Kolbens des Fluidzylinders kann das in dem Zylinder enthaltene Fluidvolumen verändert werden, wodurch sich der Druck und/oder das Volumen des in der Verbindungsleitung und dem Kissen enthaltenen Fluids entsprechend verändern. In entsprechender Weise kann auch eine motorisch ansteuerbare Membran eingesetzt werden. Hierdurch kann auf einfache und direkte Weise eine Formänderung des fluidgefüllten Kissens gesteuert werden, wodurch Schwingungen in einem breiten Frequenzbereich kompensiert werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fluidsteuereinheit ein mit einem ausreichenden Überdruck unter Druck setzbares Fluidreservoir sowie eine Ventilanordnung zum Ansteuern eines Zulaufs des Fluids zum und eines Ablaufs des Fluids aus dem Kissen. Die Ventilanordnung kann beispielsweise ein ansteuerbares Zulaufventil und ein ansteuerbares Ablaufventil umfassen oder auch beispielsweise ein ansteuerbares Mehrwegeventil, durch das eine Verbindungsleitung zum Kissen wahlweise mit einem Zulauf oder mit einem Ablauf verbunden werden kann. Das Fluidreservoir kann kontinuierlich oder intervallweise durch eine motorisch betriebene Pumpe gefüllt werden. Das Ventil bzw. die Ventile der Ventilanordnung ist bzw. sind in vorteilhafter Weise als elektrisch ansteuerbare Ventile, beispielsweise als Magnetventile, ausgebildet. Durch eine Betätigung der Ventile kann das Kissen mit Fluid gefüllt und wieder entleert werden. Diese Ausführungsform ermöglicht mit einem geringen Aufwand eine Kompensation von Schwingungen zumindest in einem begrenzten Frequenzbereich.
Die Fluidsteuereinheit kann eine Mehrzahl von Fluidzylindern bzw. Fluidreservoiren und Ventilen umfassen, womit ein Kissen oder auch eine Mehrzahl von Kissen angesteuert werden können. Eine Steuerung des Motors des Fluidzylinders bzw. der Ventile kann in der Fluidsteuereinheit enthalten sein oder als separate Steuerung, insbesondere als elektronische Steuerung, ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fluid ein Gas. Hierdurch wird der Vorteil genutzt, dass ein gasgefülltes Kissen schon aufgrund der Kompressibilität des Gases vorteilhafte Dämpfungseigenschaften aufweist. In besonders vorteilhafter Weise wird als Gas Luft verwendet. Luft ist überall verfügbar und kann durch einfache Mittel zu Druckluft komprimiert und zur Ansteuerung des Kissens eingesetzt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Formänderungselement aufgrund eines Signals eines Drucksensors ansteuerbar ist, der zur Messung eines Drucks des in dem Kissen enthaltenen Fluids angeordnet ist. Da die Ausübung einer erhöhten Kraft auf die auf dem Sitz sitzende Person mit einem erhöhten Druck des Fluids verbunden ist, wird durch einen solchen Drucksensor eine genaue Messung der Kraft ermöglicht, die beispielsweise bei der Übertragung einer Schwingungsbewegung auf die Person ausgeübt wird. Insbesondere ist eine dynamische Erfassung des Drucks vorteilhaft, beispielsweise mit bis zu Frequenzen von ca. 50 bis 100 Hz auflösenden Sensoren. Durch eine entsprechende druckgesteuerte Betätigung beispielsweise eines Fluidzylinders oder eines Ventils kann Fluid aus dem Kissen abgelassen werden, um einer gemessenen Druckänderung entgegenzuwirken. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Übertragung der Schwingungen auf die Person vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Formänderungselement aufgrund eines Signals eines zur Messung einer Beschleunigung des Fahrzeugs bzw. des Sitzrahmens angeordneten Beschleunigungssensors ansteuerbar. Insbesondere ist ein am Sitzrahmen angeordneter Beschleunigungssensor geeignet, um die erfindungsgemäß zu kompensierenden Schwingungen zu erfassen. Eine solche Erfassung erfolgt somit bereits vor einer möglichen Übertragung auf die auf dem Sitz sitzende Person. Durch eine entsprechende beschleunigungsgesteuerte Betätigung etwa eines Fluidzylinders oder eines Ventils kann der gemessenen Schwingungsbeschleunigung entgegengewirkt werden. Hierdurch können die Schwingungen weitgehend kompensiert und eine Übertragung auf die Person vermieden werden.
Da ein Fahrzeugsitz in der Regel starr mit dem Fahrzeug verbunden ist und die am meisten störenden Schwingungen im Frequenzbereich unterhalb von 20 Hz liegen, reicht häufig die Erfassung der Schwingungen des Fahrzeugs selbst aus, um das Formänderungselement zur aktiven Kompensation der Schwingungen anzusteuern. Dies hat den Vorteil, dass in Kraftfahrzeugen häufig bereits im Zusammenhang mit anderen Systemen wie ESP oder Airbag vorhandene Beschleunigungssensoren verwendet werden können. Im vorliegenden Fall ist insbesondere der Beschleunigungswert in vertikaler Richtung zur Ansteuerung des Formänderungselements relevant.
In besonders bevorzugter Weise können mindestens ein Drucksensor zur Erfassung eines Drucks des in dem Kissen enthaltenen Fluids und mindestens ein Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Beschleunigung des Fahrzeugs bzw. des Sitzrahmens vorgesehen sein, deren beider Signale ausgewertet und zur Ansteuerung des mindestens einen Formänderungselements verwendet werden. Hierdurch kann eine Übertragung der Schwingungen des Sitzrahmens auf die sitzende Person praktisch vollständig vermieden werden.
Das mindestens ein Formänderungselement kann zusätzlich zur erfindungsgemäßen aktiven Kompensation von Schwingungen auch für eine einstellbare passive Dämpfung ebenso wie für eine Massagefunktion eingesetzt werden, wie in der Patentschrift EP 1 564 066 B1 bzw. in der Patentschrift EP 1 712 405 B1 beschrieben, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen werden.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines Formänderungselements eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes, das zwischen einem Sitzrahmen und einer Sitzoberfläche des Sitzes wirkt, wird das Formänderungselement zur aktiven Kompensation von Schwingungen angesteuert, die über den Sitzrahmen auf eine auf dem Sitz sitzende Person übertragen werden. Ein derartiger aktiver Ausgleich der Schwingungen ermöglicht es, eine Übertragung auf die Person weitgehend zu verhindern und dadurch einen erheblichen Komfortgewinn zu erzielen.
In bevorzugter Weise wird ein Formänderungselement, das ein fluidgefülltes Kissen umfasst, derart angesteuert, dass ein Druck des in dem Kissen enthaltenen Fluids einem statischen Druck entspricht. Der statische Druck ist derjenige Druck, der zum Ausgleich der statisch von der sitzenden Person auf den entsprechenden Bereich des Sitzes und damit auf das Formänderungselement ausgeübten Kraft notwendig ist, insbesondere zum Ausgleich der von der Person ausgeübten Gewichtskraft. Der Druck des in dem Kissen enthaltenen Fluids wird bevorzugt durch Betätigung etwa eines Fluidzylinders oder eines Ventils derart geregelt, dass der Druck zumindest näherungsweise konstant ist und somit dem statischen Druck gleich ist. Hierfür kann insbesondere der Druck gemessen und bei einer Abweichung von einem konstanten Druckwert eine Betätigung des Fluidzylinders oder eines Ventils ausgelöst werden, um der Abweichung entgegenzuwirken. Alternativ oder zusätzlich kann auch beispielsweise das Signal eines Beschleunigungssensors des Fahrzeugs erfasst und zur Betätigung des Fluidzylinders oder des Ventils ausgewertet werden.
Eine elektronische Steuerungseinrichtung, die zur Ansteuerung einer Fluidsteuerungseinheit, beispielsweise eines Fluidzylinders oder einer Ventilanordnung, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist, kann einen Teil der Fluidsteuereinheit bilden und beispielsweise dem Sitz zugeordnet sein. Die Steuerungseinrichtung kann aber auch als Teil einer zentralen elektronischen Steuerungseinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Fluidsteuereinheit und ein fluidgefülltes Kissen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sitzes in schematischer Darstellung;
2 eine Fluidsteuereinheit und ein fluidgefülltes Kissen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sitzes in schematischer Darstellung;
3 eine Fluidsteuereinheit zur Ansteuerung einer Mehrzahl von fluidgefüllten Kissen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sitzes in symbolischer Darstellung;
4 eine Fluidsteuereinheit in symbolischer Darstellung sowie ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sitzes;
5 ein Regelungsverfahren zur Regelung eines Fluiddrucks in einem fluidgefüllten Kissen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, kann eine Fluidsteuereinheit 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als pneumatische Steuereinheit mit einem Pneumatik-Zylinder 2 ausgebildet sein. In dem Pneumatik-Zylinder 2 ist als Aktuator ein Kolben 3 beweglich angeordnet, durch dessen Position das Volumen des in dem Zylinderraum 4 befindlichen Fluids, in diesem Falle Luft, eingestellt werden kann. Der Kolben 3 wird über ein Hebelgestänge 5 durch einen Elektromotor M angetrieben. Dabei ist symbolisch ein durch den Motor M angetriebener Hebel 6 dargestellt, der beispielsweise in Richtung des Pfeils 7 schwenkbar ist.
Der Pneumatik-Zylinder 2 ist über eine Verbindungsleitung 8, beispielsweise einen Pneumatik-Schlauch, mit einem in 1 schematisch als Kissen 9 dargestellten Formänderungselement eines Sitzes verbunden. Das Teilsystem aus Zylinderraum 4, Verbindungsleitung 8 und Kissen 9 kann über eine Anschlussleitung 10, die durch ein Absperrventil 11 verschlossen werden kann, mit Druckluft eines vorgegebenen Fülldrucks p_Fill befüllt werden.
Durch Betätigung des Motors M kann das Volumen der in dem Zylinderraum 4 befindlichen Luft verändert werden. Wird beispielsweise der Kolben 3 in der Darstellung der 1 nach rechts bewegt, so wird die Luft aus dem Zylinderraum 4 verdrängt und das Kissen 9 entsprechend stärker befüllt. Ist das Kissen unbelastet, so nimmt das Volumen des Kissens 9 entsprechend zu, wodurch sich auch die Form des Kissens 9 bzw. einer Sitzoberfläche eines Sitzes, der ein derartiges Kissen 9 enthält, verändert. Ist das Kissen 9 belastet oder derart ausgebildet, dass es bei stärkerer Befüllung selbst einen erhöhten Gegendruck aufbaut, so nimmt das Volumen des Kissens 9 in geringerem Maße zu; außerdem baut sich in dem Teilsystem aus Zylinderraum 4, Verbindungsleitung 8 und Kissen 9 ein erhöhter Druck auf. Umgekehrt kann durch Bewegung des Kolbens 3 nach links das Volumen bzw. der Druck innerhalb des Kissens 9 verringert werden. Volumen bzw. Druck des Kissens 9 bewirken entsprechende Veränderungen und dadurch Bewegungen der Sitzoberfläche. Unerwünschte Schwingungsbewegungen des Sitzes können somit durch entsprechende gegengleiche Bewegungen der Sitzoberfläche kompensiert werden.
Durch Betätigung des Motors M kann somit die Form bzw. das Volumen des Kissens 9 und/oder der darin bestehende Druck aktiv geändert werden. Während durch den Bewegungsbereich des Kolbens 3 die maximale Amplitude der Volumenbzw. Druckänderungen vorgegeben ist, kann der Kolben prinzipiell mit einer beliebigen Geschwindigkeit bzw. Frequenz bewegt werden. Hierdurch können prinzipiell beliebig schnelle Volumen- bzw. Druckänderungen des Kissens 9 veranlasst, d.h. gesteuert werden. Dabei ist es günstig, wenn die Länge l_Tube der Verbindungsleitung 8 kurz genug ist, um eine für die Kompensation der Schwingungen ausreichend rasche Übertragung der Bewegung des Kolbens 3 zum Kissen 9 zu ermöglichen. Ebenso ist es günstig, wenn das Volumen der Verbindungsleitung 8 wesentlich geringer als das des Kissens 9 ist, so dass sich die Bewegung des Kolbens 3 in eine ausreichende Druckänderung innerhalb des Kissens 9 umsetzt. Die in 1 dargestellte Anordnung ist für die Erzeugung von Volumen- bzw. Druckänderungen innerhalb des Kissens 9 und somit für die Kompensation von Schwingungen mit Frequenzen bis zu mindestens ca. 20 Hz geeignet.
In 2 ist eine alternative Anordnung einer pneumatischen Fluidsteuereinheit 1 schematisch dargestellt. Gemäß 2 ist eine durch einen Elektromotor M angetriebene Pneumatikpumpe 12 vorgesehen, die über eine Leitung 13 einen Druckluftbehälter 14 befüllt. Ferner ist ein Mehrwegeventil 15 vorhanden, das, wie in 2 symbolisch angedeutet, über einen Aktuator 16 elektrisch betätigbar ist. Das Mehrwegeventil 15 ist einerseits über die Verbindungsleitung 8 mit dem luftgefüllten Kissen 9 verbunden. Andererseits kann durch das Mehrwegeventil 15 die Verbindungsleitung 8 wahlweise über eine Leitung 17 mit dem Druckluftbehälter 14 verbunden werden, wodurch das Kissen 9 mit Druckluft befüllt wird, oder mit einem einstellbaren Drosselventil 18, wodurch die Luft aus dem Kissen 9 abgelassen werden kann.
Wie in 2 neben dem elektrisch betätigbaren Aktuator symbolisch als Graph einer Betätigungsspannung über der Zeit dargestellt ist, kann das Mehrwegeventil 15 beispielsweise mit einer konstanten, aber prinzipiell beliebigen Frequenz alternierend zwischen seinen beiden Stellungen umgeschaltet werden, um entsprechende Volumen- bzw. Druckänderungen innerhalb des Kissens 9 zu bewirken. Dabei kann die Amplitude der gesteuerten Druckschwankungen durch den innerhalb des Druckbehälters 14 herrschenden Druck und durch das einstellbare Drosselventil 18 vorgegeben werden. Die in 2 gezeigte Anordnung umfasst nur einfache pneumatische Bauelemente und ist daher besonders robust und kostengünstig.
Eine Fluidsteuereinheit kann auch zur Ansteuerung einer Mehrzahl von fluidgefüllten Kissen 9, 9‘ ausgebildet sein, wie beispielhaft in symbolischer Darstellung in 3 gezeigt ist. Über einen Druckluftanschluss 19 und über zwei Druckregelventile 20, 20‘ sowie über entsprechende Leitungen (ohne Bezugszeichen) werden zwei Druckluftbehälter 14, 14‘ mit Druckluft versorgt. Die Druckregelventile 20, 20‘ können dabei für die beiden Druckluftbehälter 14, 14‘ auf unterschiedliche Drücke eingestellt sein. Die beiden Druckluftbehälter 14, 14‘ sind mit zwei Mehrwegeventilen 15, 15‘ verbunden, wobei durch Betätigung der Mehrwegeventile 15, 15‘ wahlweise der eine oder der andere der beiden Druckbehälter 14, 14‘ mit einem jeweiligen Kissen 9, 9‘ verbunden werden kann. An den Verbindungsleitungen 8, 8‘ zwischen den Mehrwegeventilen 15, 15‘ und den Kissen 9, 9‘ sind Drucksensoren 21, 21‘ zur Messung des Drucks innerhalb der Verbindungsleitungen 8, 8‘ und somit innerhalb der Kissen 9, 9‘ angeordnet.
Durch Betätigung der Mehrwegeventile 15, 15‘ kann der Druck innerhalb der Kissen 9, 9‘ zwischen den Drücken der beiden Druckluftbehälter 14, 14‘ umgeschaltet werden. Hierdurch kann eine entsprechende Volumen- bzw. Druckänderung der Kissen 9, 9‘ erreicht werden. Die Mehrwegeventile 15, 15‘ sind insbesondere als schnell schaltende Ventile ausgebildet, um die Kissen 9, 9‘ mit einer Frequenz entsprechend der Frequenz der zu dämpfenden Schwingungen ansteuern zu können, beispielsweise im Bereich von 4 bis 8 Hz, insbesondere im Bereich von 4 bis 5 Hz. Dementsprechend sind auch die Drucksensoren 21, 21‘ als dynamische Drucksensoren zur schnellen Druckmessung ausgebildet.
Wie in 3 angedeutet ist, können die Druckregelventile 20, 20‘, die Druckluftbehälter 14, 14‘, die Mehrwegeventile 15, 15‘ und die Drucksensoren 21, 21‘ jeweils zu einer mechanischen Baueinheit zusammengefasst sein. Ferner ist in 3 symbolisch angedeutet, dass ein Sitz weitere luftgefüllte Kissen 22, 22‘ aufweisen kann, die aus einem Druckluftbehälter 14‘ mit konstantem Druck gefüllt und durch jeweils ein Absperrventil 23, 23‘ geschlossen werden können.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fluidsteuereinheit 1, die zur Ansteuerung eines Sitzkissens 24 eines Fahrzeugsitzes 25 ausgebildet ist. Die Fluidsteuereinheit 1 umfasst eine Pneumatikpumpe 12, die über eine Leitung 13 mit einem Druckluftbehälter 14 verbunden ist. Ein Mehrwegeventil 15 ermöglicht es, ein luftgefülltes Kissen 9 über eine Verbindungsleitung 8 wahlweise mit dem Druckluftbehälter 14 zu verbinden oder über ein nicht dargestelltes Drosselventil zu entlüften. An der Verbindungsleitung ist ein Drucksensor 21 angeordnet, der mit dem Mehrwegeventil 15 eine Baueinheit bilden kann. Das Sitzkissen 24 des Fahrzeugsitzes 15 umfasst vier luftgefüllte Kissen 9, die gemeinsam oder unabhängig voneinander angesteuert werden können.
Der Fahrzeugsitz 25 umfasst eine Sitzfläche 26, eine Rückenlehne 27 und eine Kopfstütze 28. An einem Teil des Sitzrahmens 29 sind Bedienelemente 30 angeordnet. Der Kontakt zu einer auf dem Fahrzeugsitz 25 sitzenden Person wird über die Sitzoberfläche 31 vermittelt, die insbesondere durch die Oberfläche des Sitzkissens 24 sowie weitere Bereiche der Sitzfläche 26 und der Rückenlehne 27 gebildet wird, die mit der Person beim Sitzen in Kontakt stehen. Der Fahrzeugsitz 25 kann so aufgebaut sein wie in der Patentschrift EP 1 564 066 B1 oder in der Patentschrift EP 1 712 405 B1 beschrieben, die auch diesbezüglich durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen werden. Insbesondere kann die Sitzfläche 26 einen Aufbau umfassen, der sich auf einer unterseitigen Blechpfanne abstützt, die Teil des Sitzrahmens 29 ist. So können die Kissen 9 beispielsweise auf einem Schaumblock gelagert sein, der auf der Blechpfanne aufliegt. Ferner können zusätzliche Stützplatten vorhanden sein. Die Fluidsteuereinheit 1 kann beispielsweise unter dem Sitz, etwa zwischen den Sitzschienen, oder in der Rückenlehne 27 angeordnet sein.
Wenn eine Person auf dem Fahrzeugsitz 25 sitzt, überträgt sich der wesentliche Teil des Gewichts der Person über die Kissen 9 und den darunterliegenden Sitzaufbau auf den Sitzrahmen 29. Im statischen Zustand, d.h. ohne Einwirkung von Schwingungen, ist der Druck in den Kissen 9 der zur Aufnahme der Gewichtskraft der Person notwendige Druck. Beginnt nun der mit dem Fahrzeug verbundene Sitzrahmen 29 aufgrund einer Schwingungsbewegung des Fahrzeugs beispielsweise eine Bewegung nach oben auszuführen, so steigt der Druck in den Kissen 9 an, da die sitzende Person aufgrund ihrer Massenträgheit diese Bewegung zunächst noch nicht mitmacht und die Kissen 9 daher zusammengedrückt werden; erst aufgrund eines erhöhten Drucks können die Kissen 9 die notwendige zusätzliche Kraft erzeugen, um die Person entgegen der Trägheitskraft nach oben zu beschleunigen. Der aufgrund der Kompression der Kissen 9 erhöhte Druck wird durch den Drucksensor 21 detektiert. Eine elektronische Steuerung (nicht dargestellt) steuert daraufhin das Mehrwegeventil 15 in diejenige (in 4 nicht gezeigte) Stellung, in der die Kissen 9 über ein einstellbares Drosselventil entlüftet werden. Dadurch sinkt der Druck in den Kissen 9 ab, so dass die Person keine erhöhte, in vertikaler Richtung gerichtete Kraft erfährt. Die vom Sitzrahmen 29 ausgeführte Schwingungsbewegung wird daher nicht auf die auf dem Sitz sitzende Person übertragen. Durch ein entsprechendes Hin- und Herschalten des Ventils 15 können die Kissen 9 derart angesteuert werden, dass die Schwingungsbewegung des Sitzrahmens 29 durch eine entgegengesetzte Volumen- bzw. Formänderung des Sitzkissens 24 ausgeglichen wird.
Ein Regelungsverfahren zur Ansteuerung der Ventile bzw. eines Pneumatik-Zylinders ist in 5 als vereinfachtes Blockdiagramm dargestellt. Eine Beschleunigung a(t), die insbesondere eine Schwingungsbeschleunigung des Fahrzeugs umfasst, wird erfasst, beispielsweise durch einen an den Sitzschienen angeordneten Beschleunigungssensor. Ferner wird von einem dynamischen Drucksensor der aktuelle Druck p_cushion(t) der Luft in dem luftgefüllten Kissen des Formänderungselements erfasst, der durch die von der sitzenden Person auf das Kissen ausgeübte Gewichtskraft sowie durch dynamische Kräfte entsteht. Da der statische Druck p_stat, der durch die Gewichtskraft entsteht, bekannt ist und beispielsweise durch zeitliche Mittelung bestimmt werden kann, ergibt sich aus dem zum Zeitpunkt t gemessenen aktuellen Druck p_cushion(t) der aktuelle dynamische Druck p_dyn(t): p_dyn(t) = p_cushion(t) – p_stat
Hieraus wird durch einen Algorithmus ein Sollwert p_comp,soll des Kompensationsdrucks ermittelt. Der Algorithmus berücksichtigt eine Korrelation der schwingungsbedingten Schwankungen des Druckwerts mit den schwingungsbedingten Schwankungen der auf die sitzende Person ausgeübten Kraft. Da die Druckschwankungen in der Regel gegenüber den schwingungsbedingten Beschleunigungen etwas verzögert sind, wird eine zusätzliche Verbesserung im Sinne einer vorausschauenden Regelung durch Berücksichtigung des vom Beschleunigungssensor aufgenommenen Messwerts a(t) erreicht. Aufgrund des ermittelten Sollwerts p_comp,soll wird das Mehrwegeventil bzw. der Pneumatikzylinder angesteuert, wodurch das Kissen mit einem zusätzlichen Kompensationsdruck p_comp beaufschlagt wird bzw. die Menge der in dem Kissen enthaltenen Luft derart geändert wird, um den dynamischen Druck p_dyn(t) auszugleichen. Der Druck p_cushion, der sich im Kissen daraufhin einstellt, ergibt sich aus p_cushion = p_stat + p_dyn + p_comp
Insbesondere soll erreicht werden: p_dyn = –p_comp
Im Rahmen eines geschlossenen Regelkreises kann diese Bedingung auch unter dynamischen Verhältnissen zumindest näherungsweise erfüllt werden. Wenn die Bedingung vollständig erfüllt ist, ist der Druck im Kissen gleich dem statischen Druck, so dass die eingekoppelten Schwingungen vollständig ausgelöscht werden und die sitzende Person praktisch vollständig von den Schwingungen des Sitzrahmens entkoppelt ist. Auch wenn diese Bedingung nur näherungsweise erfüllt ist, kann eine weitgehende Kompensation der Schwingungen erreicht werden.
Bezugszeichenliste

M: Elektromotor
1: Fluidsteuereinheit
2: Pneumatik-Zylinder
3: Kolben
4: Zylinderraum
5: Hebelgestänge
6: Hebel
7: Pfeil
8: Verbindungsleitung
9, 9‘: Kissen
10: Anschlussleitung
11: Absperrventil
12: Pneumatikpumpe
13: Leitung
14, 14‘: Druckluftbehälter
15: Mehrwegeventil
16: Aktuator
17: Leitung
18: Drosselventil
19: Druckluftanschluss
20: Druckregelventile
21, 21‘: Drucksensor
22, 22‘: Kissen
23, 23‘: Absperrventil
24: Sitzkissen
25: Fahrzeugsitz
26: Sitzfläche
27: Rückenlehne
28: Kopfstütze
29: Sitzrahmen
30: Bedienelemente
31: Sitzoberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1564066 B1 [0003, 0024, 0044]
EP 1712405 B1 [0003, 0024, 0044]

Claims

Sitz, insbesondere Fahrzeugsitz (25), mit einem Sitzrahmen (29), einer Sitzoberfläche (31) und mindestens einem zwischen Sitzrahmen (29) und Sitzoberfläche (31) wirkenden Formänderungselement, wobei das mindestens eine Formänderungselement automatisch ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Formänderungselement zur aktiven Kompensation von über den Sitzrahmen (29) auf eine auf dem Sitz sitzende Person übertragbaren Schwingungen ansteuerbar ist.
Sitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Formänderungselement als Sitzkissen (24) ausgebildet ist.
Sitz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Formänderungselement ein fluidgefülltes Kissen (9, 9‘) umfasst.
Sitz nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Formänderungselement durch eine in den Sitz integrierte Fluidsteuereinheit (1) ansteuerbar ist, die den Druck und/oder das Volumen des in dem Kissen (9, 9‘) enthaltenen Fluids steuert.
Sitz nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidsteuereinheit (1) einen motorisch ansteuerbaren Fluidzylinder oder eine motorisch bewegbare Membran umfasst, der bzw. die über eine Verbindungsleitung (8) mit dem fluidgefüllten Kissen (9, 9‘) in Verbindung steht.
Sitz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidsteuereinheit (1) ein unter Druck setzbares Fluidreservoir sowie eine Ventilanordnung zum Ansteuern eines Zulaufs des Fluids zum und eines Ablaufs des Fluids aus dem Kissen (9, 9‘) umfasst.
Sitz nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Luft ist.
Sitz nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Formänderungselement aufgrund eines Signals eines zur Erfassung eines Drucks des in dem Kissen (9, 9‘) enthaltenen Fluids angeordneten Drucksensors (21, 21’) ansteuerbar ist.
Sitz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Formänderungselement aufgrund eines Signals eines zur Erfassung einer Beschleunigung des Fahrzeugs bzw. des Sitzrahmens (29) angeordneten Beschleunigungssensors ansteuerbar ist.
Verfahren zur Ansteuerung eines Formänderungselements eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes (25), das zwischen einem Sitzrahmen (29) und einer Sitzoberfläche (31) des Sitzes wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Formänderungselement zur aktiven Kompensation von über den Sitzrahmen (29) auf eine auf dem Sitz sitzende Person übertragenen Schwingungen angesteuert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Formänderungselement ein fluidgefülltes Kissen (9, 9‘) umfasst und dass das Formänderungselement derart angesteuert wird, dass ein Druck des in dem Kissen (9, 9‘) enthaltenen Fluids einem statischen Druck entspricht.