DE10211383A1

DE10211383A1 - Verformbarer Fahrzeugsitz

Info

Publication number: DE10211383A1
Application number: DE10211383A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Fleischer; Reinhard Freitag; Hans Meixner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass Sensoren einen Fahrtzustand eines Fahrzeuges erkennen und mittels einer Verstellanordnung das Profil eines Fahrzeugsitzes derart einstellen, dass dem Fahrer eine optimale Haltung gegeben wird. Als Verstellanordnung zur Verformung des Sitzes sind ein Geflecht aus einem Memory-Metall, eine Piezoaktoranordnung und eine Luftkissenanordnung genannt, welche von einer Auswerteeinheit kontrolliert werden. DOLLAR A Die Erfindung weist den besonderen Vorteil auf, dass auch während einer kurvenreichen Fahrt bei hoher Beschleunigung dem Fahrer durch die automatisch eingestellte Krümmung des Fahrzeugsitzes ausreichender Seitenhalt geboten wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen verformbaren Fahrzeugsitz.
Eine optimale Sitzkonstruktion für ein Fahrzeug berücksichtigt üblicherweise die Form des Fahrzeuges, bzw. den Raum, der für die Sitzschale und den Sitz zur Verfügung steht.
In großen, komfortablen Fahrzeugen sind die Sitze in der Regel breit und flach ausgeformt. Üblicherweise sind diese Sitze mit einer Verstellungsmechanik verbunden und ausgestattet, welche es dem Fahrer ermöglichen, den Sitz etwa nach vorne oder weiter nach hinten zu stellen, oder die wesentlichen Stützpunkte für eine optimale Rückenhaltung einzustellen. Diese Regelung kann bekannterweise über die Zufuhr von Luft in geeigneten Sitzbereichen mittels eines Kompressors erreicht werden. Es ist auch allgemein bekannt, die Sitzlage auf dem Sitz zu ändern um durch diese Lageveränderung beispielsweise auf langen Autofahrten die Druckpunkte der Sitzfläche zu entlasten, oder Bandscheiben durch Haltungsveränderungen zu bewegen.
Nachteilig bei Sitzkonstruktionen mit den oben genannten Merkmalen ist, dass in schnellen Kurvenfahrten aufgrund der breiten und flachen Sitzform dem Fahrer wenig Seitenhalt gegeben werden kann. Sollte der Fahrer die Sitzlage oder die stützenden Druckpunkte des Sitzes ändern wollen, müsste er je nach Fahrtzustand diese Regelung selbst einstellen, was während der Fahrt kaum möglich ist.
Bei sportlichen Fahrzeugen sind die Fahrzeugsitze eher schalenförmig gebaut. Hier soll die Sitzkonstruktion bei schnellen Kurvenfahrten, bei denen die Zentrifugalkraft zu einer Seitenbewegung des Oberkörpers führen würde, dem Körper seitlichen Halt bieten, um damit die Muskelanstrengung die erforderlich wäre, um den Körper gerade zu halten, zu minimieren.
Nachteilig bei einer solchen Schalenform ist, dass die Bewegungsfreiheit stark einschränkt wird, was auf längeren Fahrten dem Fahrer die Möglichkeit nimmt, die Bandscheiben der Wirbelsäule durch Lageveränderung sowohl zu entlasten als auch zu regenerieren. Aus diesem Grund werden solche Sitze vom Fahrer als unangenehm einengend empfunden.
Zur Zeit sind Sitze für Fahrzeuge zur Verfügung gestellt, bei denen mittels eines Kompressor Luftkissen, welche in den Sitzen eingearbeitet sind, aufgeblasen werden können.
Die aufblasbaren Luftkissen befinden sich allerdings nachteiligerweise in der Mitte der Rückenlehne in der Höhe oberhalb der Lendenwirbel und dienen lediglich zur Stützung der natürlichen Rückratkrümmung und werden statisch, also einmal, für eine Person eingestellt und danach selten verändert. Ferner wird eine Seitenhaltung bei einem solchen Sitz bei Beschleunigungen in einer Kurve nicht gewährleistet.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sitzkonstruktion und ein Verfahren zum Betrieb einer Sitzkonstruktion derart bereitzustellen, dass sich die Form eines Fahrzeugsitzes je nach Fahrsituation für den Fahrer optimal einstellt.
Die Aufgabe wird durch die Anordnung sowie durch das Verfahren gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst.
Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass Sensoren einen Fahrtzustand eines Fahrzeuges erkennen und mittels einer Verstellanordnung das Profil eines Fahrzeugsitzes derart einstellt werden kann, dass dem Fahrer eine optimale Haltung gegeben wird. Als Verstellanordnung zur Verformung des Sitzes sind ein Geflecht aus einem Memory-Metall, eine Piezoaktoranordnung und eine Luftkissenanordnung genannt welche von einer Auswerteeinheit kontrolliert werden.
Die Erfindung weist den besonderen Vorteil auf, dass auch während einer kurvenreichen Fahrt bei hoher Beschleunigung dem Fahrer durch die automatisch eingestellte Krümmung des Fahrzeugsitzes ausreichender Seitenhalt geboten wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen.
Bei einer automatischen Verformung eines Objekts in einem Fahr- oder Flugzeug, werden erfindungsgemäß folgende Vorrichtungen zunutze gemacht:

- Sensoren, mit denen Kräfte messbar sind, die sich auf das Objekt auswirken,
- eine Auswerteeinheit, die zumindest aus einem Prozessor, einer Speichereinheit und einer Ermittlungseinheit besteht,
- ein mechanisches Verformungsmechanismus mit dem das Objekt ausgestattet ist und anhand von Signalen steuerbar ist.

Dabei wird mit der Angabe "Objekt" insbesondere ein Fahrzeugsitz und unter der Angabe "zu stützende Masse" ein Körper, welcher vom Sitz gestützt wird, verstanden. Diese bevorzugte Definitionen dienen allerdings lediglich als Beispiel. Weitere Szenarien sind denkbar, wie z. B. beim Transport eines empfindlichen Ladeguts. In diesem Fall würde das stützende und verformbare Objekt ein Gehäuse sein.
Das Objektprofil lässt sich dadurch ändern, dass der Verformungsmechanismus von Signalen der Ermittlungseinheit steuerbar ist und diese Verformung sich auf das Objektprofil auswirkt. Die Verformung des Objektprofils ermöglicht eine optimale Stützwirkung für ein durch das Objekt getragene, bzw. gestütztes Ladeguts.
Die Sensoren sind derart eingerichtet, dass sie sowohl Beschleunigungen als auch Körpermassen messen können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Anordnung ist im Stützobjekt, z. B. im Fahrzeugsitz, ein Memorymetallgeflecht - oder Gestell eingebaut. Das Gestell oder Geflecht sollte heizbar sein, wie z. B. mit Heizungsdrähten. Durch Aufheizung des Gestells ist eine Verformung des Objektprofils möglich.
Ferner können im Objekt pneumatisch aufblasbare Kissen oder eine geeignete, mechanische Auslenkungsmechanik eingebaut sein.
Beim Verfahren zur Verformung einer Stütze werden Kräfte, welche sich auf die Stütze dynamisch auswirken, von einer Sensoranordnung gemessen. Anhand von Signalen wird gemäß des gemessenen Zustands ein Stützverformungsmechanismus derart kontrolliert, dass die sich auf die Stütze auswirkenden Kräfte oder die Kräfte welche sich von der Stütze ergeben, durch Gegenkräfte, welche durch Verformung des Objekts erzeugt werden, zumindest teils ausgeglichen werden.
Dabei werden folgende Schritte ausgeführt:

- mittels Sensoren werden Kräfte welche sich auf das Objekt auswirken gemessen,
- die gemessenen Werte werden einer Auswerteeinheit übermittelt,
- die Auswerteinheit wertet die Messwerte mittels eines gespeicherten Computerprogramms aus,
- eine Ermittlungseinheit ermittelt Signale welche der Auswertung entsprechen,
- ein Objektverformungsmechanismus wird anhand der Signale gesteuert,
- das Objekt wird verformt und anhand der Verformung werden die Kräfte, welche sich auf ein durch das Objekt gestütztes Ladegut auswirken, ausgeglichen.

Mit der Angabe "Kraft" wird jegliche sich auf ein Objekt auswirkende Kraft verstanden. Die Kräfte werden bspw. sowohl durch die Masse des Objekts als durch die Beschleunigung des Objekts erzeugt. Mit der Angabe "Stützverformungsmechanismus" wird ein Mechanismus oder eine Verstellanordnung verstanden, der das Profil eines stützenden Objekts ändert um das gestützte Objekt bessere Haltung zu geben.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Sensor-, Auswerte-, und Verstellanordnung
Fig. 2 eine Anordnung nach Fig. 1 mit Heizdrähten zur Verformung eines im Sitz eingebauten Memorymetallgeflechts
Fig. 3 eine Anordnung nach Fig. 1 mit aufblasbaren Luftkissen

I. Sensor-, Auswerte-, und Verstellanordnung

In Fig. 1 wird der grundsätzliche Aufbau der erfinderischen Anordnung gezeigt. Es werden Fahrtzustandsinformationen wie z. B. Beschleunigungen oder die Kräfte die dem Fahrzeug während der Fahrt ausgesetzt werden, von den Sensoren 1 gemessen. Die Sensoren 1 zur Messung von Querkräften oder Beschleunigungen können entweder ein Lenkwinkelsensor und/oder Beschleunigungssensoren sein. Es wird ferner bevorzugt, einen zusätzlichen Sensor 1a zur Ermittlung der Fahrermasse auf den Fahrersitz anzuordnen. Die Sensoren sind ferner mit mindestens einer Auswerteeinheit 2 verbunden, welche die erfassten Information speichert, verarbeitet und zur Steuerung des Sitzprofils mittels der Verstellanordnung 3 verwendet.
Diese Auswerteeinheit 2 weist mindestens einen Prozessor, eine Speicheranordnung, und einen gespeicherten Programmprodukt zur sinnvollen Auswertung der Informationen, welche von den Sensoren 1 und 1a erfasst werden, auf.
Anhand der Sensoren 1 und 1a und der Auswerteeinheit 2 kann festgestellt werden, ob das Fahrzeug auf einer kurvenreichen Strecke, ggf. bei hoher Geschwindigkeit, fährt, also ob häufig Querkräfte auf den Körper des Fahrers wirken oder ob das Fahrzeug weitgehend geradeaus fährt. Ein im Fahrzeugsitz integriertes Verstellsystem 3 ändert das Profil der Sitzfläche und der Sitzrückenlehne derart, dass es eine verkrümmte Form, die dem Fahrer seitlichen Halt gibt, annimmt, wenn die Fahrstrecke kurvenreich ist, und das Sitzflächen- und Rückenprofil verflacht, wenn das Fahrzeug vorwiegend gerade Strecken fährt. Dabei können Signale aus den Sensoren 1 und 1a in der Auswerteeinheit derart kombiniert werden, um das Ausmaß, d. h. die Auslenkung der Verformung des Sitzes zu steuern.
Die von den Sensoren erfassten Fahrtzustandsinformation werden zunächst zur Steuerung des Sitzprofils verwendet. Die Verwendung der genannten Anordnung ist nicht auf den Fahrer beschränkt sondern gilt ebenso für den Beifahrer. Dabei kann eine Anordnung gemäß der Beschreibung für jeden weiteren Sitz angeordnet werden.
In einer besonders kostengünstigen Ausführung des oben genannten Beispiels werden einmalig und unabhängig von der Anzahl der Fahrzeuginsassen die Sensoren 1 an einer geeigneten Position oder an geeigneten Positionen im Fahrzeug eingebaut, wobei die Sensoren 1a, welche die Körpermasse des jeweils zu stützendes Körpers messen, an jedem Sitz angeordnet sind. Die unterschiedlichen Informationen der Körpergrößen werden zunächst mit der einheitlichen Information des Fahrtzustands aus den Sensoren 1 in Verbindung gebracht oder korreliert, wobei die daraus resultierenden Größen den entsprechenden Sitzen zugeordnet werden und somit über Aktivierung, ggf. selektiv, der Verstellanordnung oder Verstellanordnungen 3 jedem Mitfahrer eine optimale Sitzhaltung geboten wird.
In einer bevorzugten Ausbildung dieses Beispiels werden die gemessenen Größen mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges in Relation gebracht.

II. Erste Variation der Verstellanordnung

In Fig. 2 wird ein in die Seitenränder der Sitzfläche oder Rückenlehne eingebautes Gestell oder Geflecht 4 aus einem Memorymetall oder Kunststoff als Verstellanordnung gezeigt. Das Gestell oder Geflecht ist in Richtung der Sitzfläche wärmeisolierend und kann mittels Heizdrähten erwärmt werden. Dadurch, dass Memorymetalle zwei bistabile Geometrien bei unterschiedlichen Temperaturen aufweisen, können die entsprechend hergestellten Memorymetalle oberhalb einer bestimmten Temperaturschwelle eine z. B. gebogene Form annehmen, und nach dem Abkühlen wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkehren.
Dieser Prozess ist aufgrund seiner Temperaturträgheit verhältnismäßig langsam, so dass das Sitzprofil nicht für nur einzelne Kurven angepasst werden kann. Die genannte Sensor Auswerteeinheit reicht jedoch für ein System, das registriert, bspw. anhand der Bestimmung der Anzahl der Kurven in den letzten 3 Minuten, ob die Strecke kurvenreich einem Schalensitz zu verformen. Stellt dagegen das System fest, dass z. B. in den letzten 3 nur Minuten nur einzelne, gar keine oder nur Kurven sehr großer Radien zu registrieren waren, wird der Sitz wieder flacher eingestellt.

III. Zweite Variation der Verstellanordnung

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Sensoren- und Auswerteanordnung wie im ersten Ausführungsbeispiel verwendet.
In Fig. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei der aufblasbare Kissen 7 in den Sitzrändern eingearbeitet sind. Diese werden über Ventile 6 aufgeblasen oder abgesaugt, wobei die dafür notwendige Luft von einem Kompressor 5 sowohl zugeführt als auch abgesaugt werden kann. Die Steuerung der Ventile 6 und das Einschalten des Kompressors 5 wird wiederum von den Signalen der Sensoren- und Auswerteanordnung 1 und 2 kontrolliert.

IV. Weitere Verstellanordnung

Hier wird die Sensoren- und Auswerteanordnung nach wie vor wie im ersten Ausführungsbeispiel verwendet.
Mit elektromagnetischen Aktoren oder Linearmotoren werden über entsprechende Hebel die Seitenpolster des Sitzes gewölbt oder ausgeklappt und damit dem Fahrer der entsprechende Seitenhalt geboten. Die Verwendung von Piezoaktoren ist dabei bei schnellen Kurvenfahrten, beim Überfahren von beschädigten Strecken oder Off-Road Fahrten besonders geeignet, da mittel piezoelektrischer Auslenkung bspw. eines Hebels oder Auslenkungsmechanik der Sitz besonders schnell verformt werden kann. Je nach Auslegung der Mechanik ist es also möglich, noch auf einzelne Kurven zu reagieren.

Claims

1. Anordnung zur automatischen Verformung eines Objekts in einem Fahr- oder Flugzeug, welche
Sensoren aufweist, mit denen Kräfte messbar sind, die sich auf das Objekt auswirken,
eine Auswerteeinheit aufweist, die zumindest aus einem Prozessor, einer Speichereinheit und einer Ermittlungseinheit besteht,
das Objekt mit einem mechanischem Verformungsmechanismus ausgestattet ist,
das Objektprofil anhand des Verformungsmechanismus verformbar ist,
der Verformungsmechanismus von Signalen der Ermittlungseinheit steuerbar ist und somit das Objektprofil veränderbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei dem das Objekt eine Stütze für ein Ladegut oder einer Person ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei dem das Objekt ein Fahr- oder Flugzeugsitz ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem anhand der Sensoren sowohl Beschleunigungen als auch Körpermasse messbar sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im Objekt ein Memorymetallgeflecht- oder Gestell eingebaut ist welcher heizbar ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im Objekt pneumatisch aufblasbare Kissen eingebaut sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im Objekt eine Auslenkungsmechanik, welche insbesondere Piezoaktoren aufweist, eingebaut ist.

8. Verfahren zur automatischen Verformung eines Objekts Objekts in einem Fahr- oder Flugzeug, bei dem
mittels Sensoren Kräfte welche sich auf das Objekt auswirken gemessen werden,
die gemessenen Werte einer Auswerteeinheit übermittelt werden,
die Auswerteinheit die Messwerte mittels eines gespeicherten Programms auswertet,
eine Ermittlungseinheit der Auswertung entsprechenden Signale ermittelt,
ein Objektverformungsmechanismus anhand der Signale gesteuert wird,
das Objekt verformt wird und anhand der Verformung die Kräfte, welche sich auf ein durch das Objekt gestütztes Ladegut auswirken, ausgeglichen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Sensoren Beschleunigungen messen, welche sich auf das Objekt auswirken.

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Sensoren die Masse eines vom Objekt gestützten Körpers oder Ladeguts messen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem Signale aus der Ermittlungseinheit je nach Fahrtzustand des Fahr- oder Flugzeuges die Verformung eines Sitzprofils steuern.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Verformung des Objekts mittels aufgeheizte Memorymetalle, welche als Gestell oder Geflecht im Objekt eingebaut sind, erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Verformung des Objekts mittels im Objekt eingebaute, aufblasbare Luftkissen erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Aufblasen der Luftkissen mittels eines Kompressors erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Verformung des Objekts mittels Piezoaktoren erfolgt.