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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung des von einer Person empfundenen
Sitzkomforts eines Sitzpolsters unter Belastung, und insbesondere
der empfundenen Weichheit eines Polsters eines Kraftfahrzeugsitzes.
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Für
die Herstellung hochwertiger Sitzpolster, insbesondere Sitzpolster
von Kraftfahrzeugsitzen, die hinsichtlich ihrer Benutzungsdauer
und -situation besondere Anforderungen an den Komfort aus Sicht eines
Benutzers stellen, sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die
eine Bewertung bzw. Messung des Komforts oder komfortrelevanter
Größen ermöglichen.
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Problematisch sind hierbei die Reproduzierbarkeit
von Messergebnissen sowie die Aussagekraft derart ermittelter Messgrößen für ein relativ
subjektives Empfinden, wie dem Sitzkomfort beim Hinsetzen und beim
längeren
Sitzenbleiben auf Sitzpolstern. Deshalb ist es nach wie vor bei
der Konzipierung und Qualitätsüberprüfung derartiger
Sitzpolster üblich, den
empfundenen Sitzkomfort mittels Testpersonen zu ermitteln, vorzugsweise
einer Mehrzahl von Testpersonen, um subjektive Empfindungen und
Ausreißer
durch eine ausreichende statistische Grundgesamtheit zu vermeiden.
Diese Vorgehensweise ist zeitlich und kostenmäßig überaus aufwändig und liefert dennoch keine
reproduzierbaren Messergebnisse, welche auch zur Konzipierung und
Auslegung neuer Sitzpolster herangezogen werden können.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 196 01 974 C2 ist
ein Verfahren zur Ermittlung des Druckkomforts eines Sitzpolsters
bekannt, bei dem über eine
Messmatte, welche eine Vielzahl von einzelnen Drucksensoren aufweist,
ein Wert für
den Druckkomfort des Sitzpolsters ermittelbar ist. Dabei wird über eine
gruppenweise Zusammenfassung eines Rasters von Drucksensoren entsprechend
von anthropomorphen Bereichen und einer entsprechend bereichspezifischen
Auswertung der jeweils gemessenen Druckwerte zu einem, den jeweiligen
Druckkomfort des Sitzpolsters wiedergebenden Werts der Komfort ermittelt.
Wenn auch dieses Verfahren einigermaßen reproduzierbare Werte hinsichtlich
eines empfundenen Druckkomforts aufgrund einer dem menschlichen
Körper
entsprechenden Sitzdruckverteilung bei längerem Sitzen bereitstellt,
ist das Verfahren gänzlich
ungeeignet, eine Messung von reproduzierbaren Werten des Sitzkomforts
bei einem Einsitzen, das heißt
in der Anfangsphase des Sitzens, bereitzustellen.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 196 01 972 C2 ist
ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenkontur eines belasteten
Sitzpolsters bekannt, bei dem die zu vermessende Oberfläche des
Sitzpolsters mittels einer Messmatte durch Aufbauen eines Vakuums
nach einer Verformung des Sitzpolsters ermöglicht. Die Verformung der
Oberflächenkontur
kann so in Form eines mehrdimensionalen Messbildes beziehungsweise
einer Matrix wiedergegeben werden. Nachteilig dabei ist, dass allein
aus der Verformungsmessung der Sitzfläche keinerlei Schlussfolgerungen über den
tatsächlich
empfundenen Komfort einer Person, die sich auf das Sitzpolster setzt, ableitbar
ist.
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Die Erfindung hat demgegenüber die
Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung des
empfundenen Sitzkomforts beim Einsitzen auf ein Sitzpolster bereitzustellen,
welche einerseits eine objektivierte, reproduzierbare Messung des Sitzkomforts
ermöglichen
und andererseits ohne aufwändige
Versuchsanordnungen und Durchführung von
Tests mittels einer Vielzahl von Testpersonen durchführbar sind.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren
mit den Schritten gemäß Anspruch
1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Schritten gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand
der jeweiligen abhängigen
Ansprüche.
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Das Verfahren zur Ermittlung des
von einer Person empfundenen Sitzkomforts eines Sitzpolsters unter
Belastung, insbesondere der empfundenen Weichheit eines Kraftfahrzeugsitzes,
unter Beaufschlagen einer gegebenen Sitzoberfläche und -kontur mit einer dem
Einsitzen einer Person entsprechenden Druckbelastung und -verteilung
ist gekennzeichnet durch das Messen der Druckverteilung über die
Sitzoberfläche
mittels einer Drucksensorik; Messen der tatsächlichen Verformung der Sitzoberfläche mittels
einer Weg-/oder Verformungssensorik; und durch Berechnen eines Wertes
des Sitzkomforts beim Einsitzen aus der gemessenen Verformung und der
gemessenen Druckverteilung des Sitzpolsters. Durch die erfindungsgemäße Verknüpfung einer Druckmessung
der Sitzoberfläche
mit einer Verformungsmessung der Sitzoberfläche ist es möglich, einen
Weichheits- bzw. Elastizitätswert
zu berechnen, der eine objektive und reproduzierbare Aussage über die
Weichheit und damit den Sitzkomfort beim Einsitzen des Fahrzeugsitzes
erlaubt. Es wird hierdurch eine neuartige Messmethodik bereitgesellt,
welche sich hinsichtlich der Entwicklung von Sitzpolstern und ihrer
Realisierung mittels Lastenheften ebenso vorteilhaft anwenden lässt wie
bei einer Qualitätssicherung
in der Serienfertigung. Die Methode bzw. das Verfahren der Sitzkomfortermittlung
ermöglicht
eine objektive und reproduzierbare Aussage über das tatsächliche
Komfortempfinden eines Benutzers auch und gerade beim Einsitzen.
Wohingegen die einfache Messung der Druckverteilung eines Fahrzeugsitzes für die Beurteilung
des Langzeitkomfortempfindens ausreichend ist, hat es sich nämlich gezeigt,
dass für die
Beurteilung des Komfortempfindens beim Einsitzen, das heißt in der
Anfangsphase des Hinsetzens, dieses bisher bekannte Verfahren unzureichend
ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es zum ersten Mal möglich,
ohne aufwändige
Testreihen mittels Testpersonen auch dieses Komfortempfinden zuverlässig und
reproduzierbar zu beurteilen. Durch die Verknüpfung bzw. rechnerische Kombination
von einer gemessenen Sitzdruckverteilung über das Sitzpolster und der
Einsitzkontur, das heißt
der tatsächlichen
Sitzkonturverformung beim Einsitzen, kann eine Art eines dreidimensionalen
Elastizitätsmoduls berechnet
werden analog zu der Formel des Hookschen Gesetzes:
F = D·X, wobei
F die Federkraft ist, X der Federweg und D die Elastizitätskonstante.
Die gemessenen Druckwerte werden als Federkraft eingesetzt, die
gemessene Verformung der Sitzoberfläche als Federweg, sodass sich
aus der Formel die Weichheit in Form eines Matrixelastizitätswertes
analog der elastischen Konstante D berechnen lässt. Durch einfache Matrizenberechnung
kann so ein dreidimensionaler Weichheitswert mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ermittelt werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Berechnung eines Weichheits-Matrixwertes D zur Beurteilung
des Sitzkomforts beim Einsitzen aus einer gemessenen Druckverteilungs-Matrix
P und einer gemessenen Verformungs-Matrix X im Verhältnis zur tatsächlichen
Sitzoberfläche.
Die Druckverteilung und die Verformung der Sitzoberfläche werden
vorzugsweise hierbei durch eine gleiche Anzahl von Messpunkten ermittelt,
beispielsweise über
etwa 1.000 Messpunkten, wobei die Verteilung und Anordnung der jeweiligen
Sensoren im Wesentlichen entsprechend sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der berechnete Sitzkomfortwert in einer dreidimensionalen Darstellung
als eine mehrdimensionale Elastizitäts-Matrix dargestellt. Die
mehrdimensionale Darstellung kann beispielsweise durch drei Koordinaten
im Raum erfolgen, wobei die X- und Y-Koordinate die Sitzfläche wiedergeben
und die Z-Koordinate zum Beispiel Elastizitätswerte in der Einheit N/cm2. Die dreidimensionale Darstellung kann
alternativ durch farbliche Felder erfolgen, welche als dritte Dimension
in ein zweidimensionales Flächenraster
der Sitzkontur eingetragen sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird eine erste Messmatte verwendet mit einer Vielzahl
von Messsensoren in der Größe der Sitzoberfläche zur
Messung der Druckverteilung, und anschließend wird eine zweite Messmatte
zur Messung der Sitzflächenverformung
verwendet, wobei die erste und die zweite Messmatte im Wesentlichen eine
gleiche Anzahl von Messpunkten aufweisen und lageentsprechend positioniert
werden. Die Berechnung des Sitzkomfortwertes bei im Wesentlichen gleicher
Anzahl von Messpunkten ist relativ einfach und kann durch jedes
geeignete Mittel, mit welchem Matrizenberechnungen möglich sind,
durchgeführt werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird die Verformung der Sitzkontur durch Bilden einer
Differenz aus einer dreidimensionalen Abbildung der Sitzoberfläche im nicht
eingesessenen Fall und einer dreidimensionalen Abbildung der Sitzoberfläche im eingesessenen
Fall gemessen. Es ergibt sich eine relative Verformung je Messpunkt, wodurch
Fehler aufgrund einer bereits leicht verformten Sitzoberfläche vermieden
werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 6 weist Mittel auf zur Beaufschlagung einer Sitzoberfläche mit
einer dem Einsitzen einer Person entsprechenden Druckbelastung und
-verteilung und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drucksensorik
vorgesehen ist zur Messung einer Druckverteilung auf der Sitzoberfläche, eine
Verformungssensorik zum Messen der tatsächlichen Verformung der Sitzoberfläche und
eine Auswertungseinheit zum Berechnen eines Wertes des Sitzkomforts
aus der gemessenen Druckverteilung und der gemessenen Verformung
der Sitzoberfläche. Die
Vorrichtung ist dadurch äußerst kompakt
und kann durch einfaches Auflegen auf einen gegebenen Fahrzeugsitz
und an schließendes
Einsitzen durch eine Testperson oder durch eine zusätzliche
Testvorrichtung betätigt
werden. Hierbei wird zunächst
einfach die Drucksensorik und anschließend die Verformungssensorik
auf den jeweiligen Sitz aufgelegt. Die Auswertungseinheit ist angepasst,
die gemessenen Werte zu speichern und vor Ort oder später zur
Auswertung zu verarbeiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit einer Drucksensorik in Form einer ersten Messmatte versehen, welche
auf der Sitzoberfläche
befestigbar ist, und die Verformungssensorik ist in Form einer zweiten
Messmatte vorgesehen, welche auf der Sitzoberfläche befestigbar ist, und welche
nach dem Einsitzen die Verformung beibehalten kann. Das Vorsehen
der jeweiligen Sensorik in Form von flächigen Matten im Wesentlichen
in der Größe der Sitzfläche hat
den Vorteil, dass mit tatsächlichen
Testpersonen bzw. einer einzigen Person das Einsitzen gemessen werden
kann zur Berechnung eines objektivierten Sitzkomfortwertes. Die
Sensorikmatten müssen
lediglich einfach auf einen gegebenen Sitz aufgelegt werden und
nacheinander mittels einer Testperson oder eines speziellen Gerätes, welches
das Einsitzen einer Person simuliert, betätigt werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung weist die Auswertungseinheit ein Berechnungsmittel
zum Durchführen
von Matrizenberechnungen auf. Die mehrdimensionalen Ergebnismatrizen
der Druckmessung und der Verformungsmessung können so durch Matrix-Multiplikation
und -Division weiterverarbeitet werden. Es lässt sich somit eine ebenfalls
dreidimensionale Ergebnismatrix ermitteln, welche sich analog einer
Elastizitätsmodul-Matrix
aus der Elastizitätskonstante
aus dem Hookschen Gesetz berechnen lässt. Näheres zum Verfahren der Berechnung
mittels Matrizen wird im Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weiter unten beschrieben werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist eine Ausgabe-/und Anzeigeeinheit vorgesehen, mittels
welcher dreidimensionale Messwert-/und Ergebnismatrizen darstellbar
sind. Zur Beurteilung oder zum Vergleich einer Mehrzahl von Fahrzeugsitzen
oder Entwürfen
von Fahrzeugsitzen in der Entwicklung kann ein Benutzer der Vorrichtung oder
der Entwicklungsingenieur durch einen einfachen, optischen Vergleich
der jeweiligen Sitzkomfortwerte in Form von Matrizen den tatsächlichen
Komfort beim Einsitzen beurteilen. Hierdurch werden Fehlentwicklungen
vermieden, und es kann ohne eine Vielzahl von Versuchen eine reproduzierbare objektive
Beurteilung der Sitzweichheit bzw. des -komforts erfolgen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der
Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in welcher
die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben
und erläutert
ist.
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In der Zeichnung zeigen:
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1a bis 1c Teilschritte eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
welche eine Messung der Verformung der Sitzkontur zeigen;
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2 die
Bestimmung der Druckverteilung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, die
zusammen mit der Sitzkonturmessung gemäß den 1a bis 1c zur
Berechnung eines Wertes der Sitzweichheit dienen.
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In
1a ist
eine Sitzkontur in Form einer dreidimensionalen Darstellung, im
nicht eingesessenen Fall, wiedergegeben, das heißt ohne dass eine Person auf
dem Sitz Platz genommen hat bzw. eine spezielle Vorrichtung zur
Simulierung einer sitzenden Person auf dem Sitz angewendet wurde.
Die dreidimensionale Darstellung der Sitzkontur erfolgt nach Aus wertung
einer Messung durch eine (nicht dargestellte) Messmatte, wie sie
beispielsweise in der deutschen Patentschrift
DE 196 01 972 C2 beschrieben
wurde. Hierbei wird eine Mehrzahl von Messpunkten durch eine flächige Messmatte
ermittelt, die nach ihrem Auflegen durch Anlegen eines Vakuums in
einem beliebigen Verformungszustand fixiert und versteift werden
kann. Selbstverständlich
kann jede andere Art einer Messung der Verformung der Sitzoberfläche bzw.
der Sitzkontur angewendet werden. In
1b ist
der gleiche Fahrzeugsitz wie in
1a wiedergegeben,
wobei hier die Sitzkontur im verformten, das heißt im eingesessenen Zustand
wiedergegeben ist. Die Messung erfolgt auf gleiche Weise wie zuvor.
In
1c ist die tatsächliche
Polsterkissenverformung wiedergegeben, durch Differenzbildung der Datenmatrizen,
die sich aus den Werten der
1a und
1b ergeben. Beispielsweise
werden etwa 1.000 Einzelmesspunkte benutzt, welche gleichmäßig über die
zu vermessende Sitzoberflächen
verteilt sind. Aus der Differenzkontur einer Verformung der Oberfläche, das
heißt
der tatsächlichen
Kissenverformung, wird die erfindungsgemäße Berechnung bzw. Ermittlung
des empfundenen Sitzkomforts beim Einsitzen in diesem Ausführungsbeispiel
berechnet unter Hinzuziehen von Daten einer Sitzdruckverteilung, wie
nachfolgend beschrieben.
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In
2 ist
beispielhaft das Ergebnis einer Druckmessung wiedergegeben, wie
sie in einem Schritt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
werden kann. Durch Verwenden einer Messmatte mit einer Drucksensorik
wird eine Vielzahl von Druckmesspunkten, vorzugsweise gleich viele wie
bei der zuvorigen Konturmessung, das heißt in etwa 1.000 Messpunkte
beispielsweise, beim Einsitzen einer Testperson auf einem gegebenen
Polster eines Fahrzeugsitzes gemessen. Die Messpunkte der Druckverteilung
ergeben ein Druckverteilungsmuster, ähnlich wie es in
2 wiedergegeben ist. Zur
Messung der Druckverteilung kann zum Beispiel eine Messmatte verwendet
werden, wie sie in der deutschen Patentschrift
DE 196 01 974 C2 beschrieben
wurde. Andere Verfahren zur Druck messung können ebenso für die erfindungsgemäße Ermittlung eines
Sitzkomfortwertes verwendet werden.
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Nachfolgend werden die Ergebnisse
der Kontur(-verformungs)-Messung
und der Druckmessung, wie sie zuvor beschrieben wurden, durch einen Berechnungsvorgang
kombiniert: Die Datenmatrizen der Konturveränderung und der Druckverteilung beim
Einsitzen werden analog zu der Hookschen Formel F
= D·Xwobei
F die Federkraft ist, X der Federweg und D die elastische Konstante,
weiterverarbeitet zur Ermittlung einer Weichheits-Matrix. Hierzu
wird die auch als Hooksches Gesetz bekannte obige Formel modifiziert
in der Weise: P/A = D·Xin D
= 1/A·P
: Xwobei P die Druckverteilungs-Matrix, A die aktive Druck-Sensorfläche, X die
Verformungs-Matrix und D die Weichheits-Matrix ist. Die Datenmatrizen werden durch
Matrix-Multiplikation und -Division durch Einsetzen in obige Formel
zur Ermittlung der Weichheits-Matrix D ausgewertet. Es ergibt sich
ein Matrixwert D, welcher als dreidimensionale Elastizitätskonstante
dargestellt werden kann mit der Einheit N/m2. Diese
Sitzweichheits- oder -komfort-Matrix D lässt sich ähnlich zu der in 2 dargestellten Druckverteilung
darstellen, beispielsweise durch farbige Bereiche unterschiedlicher
Weichheitsgrade. Es kann so auf denkbar einfache Weise mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens
eine reproduzierbare und objektivierte Aussage über die empfundene Weichheit
eines Sitzpolsters beim Einsitzen gemacht werden. Durch Vorgabe
eines Sitzweichheits-Matrixmusters D können Lastenhefte erstellt werden,
die für eine
Konzipierungsherstellung und Kon trolle der Qualität von Sitzen
verwendet werden können.
Die Entwicklung von Sitzpolstern, welche für den Benutzer ein annähernd gleichbleibendes
Komfortempfinden beim Einsitzen wie auch beim Langzeitsitzen bieten,
wird somit erheblich erleichtert.
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Sämtliche
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale
können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.