DE10308078A1 - Vorrichtung zum Übertragen von Signalen und/oder Energie - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der Signale und Energie kontaktlos zwischen einer karosserieseitigen elektrischen Einrichtung (1) und einer elektrischen Einrichtung (5) in oder an einem Fahrzeugsitz übertragen werden können, wobei eine zuverlässige Signal- und Energieübertragung auch bei häufigen Veränderungen der Sitzkonfiguration gewährleistet ist, ohne dass der Fahrzeugbenutzer hierfür besondere Vorkehrungen treffen muss. DOLLAR A Den beiden elektrischen Einrichtungen (1; 5) ist jeweils ein Übertragungsmodul (2; 3) zugeordnet. Diese Übertragungsmodule (2; 3) bilden eine drahtlose Übertragungsstrecke auf HF-Basis. Erfindungsgemäß ist das karosserieseitige Übertragungsmodul (2) in das Schienensystem für den Fahrzeugsitz integriert, während das sitzseitige Übertragungsmodul (3) so in das Schienensystem einkoppelbar ist, dass die Signal- und/oder Energieübertragung über den im Schienensystem erzeugten Verschiebestrom erfolgt.

Description

Stand der Technik
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Signalen und/oder Energie zwischen einer karosserieseitigen elektrischen Einrichtung und einer elektrischen Einrichtung in oder an einem Fahrzeugsitz, wobei den beiden elektrischen Einrichtungen jeweils ein Übertragungsmodul zugeordnet ist und die beiden Übertragungsmodule eine drahtlose Übertragungsstrecke auf HF-Basis bilden.
• Die Übertragung von Daten und Energie im Kraftfahrzeug erfolgt in der Regel über elektrische Leitungen und galvanische Kontakte in Form von Steckern. Dies gilt auch für die Signal- und Energieübertragung zwischen einem in der Fahrzeugkarosserie angeordneten Steuergerät und elektrischen Einrichtungen in und an den Fahrzeugsitzen, insbesondere Rückhaltemitteln, wie Seitenairbags und Gurtstraffern. Viele moderne Kraftfahrzeuge, wie z. B. die sogenannten Mini-Vans, bieten die Möglichkeit, durch Ein-, Aus- und Umbau von einzelnen Sitzen oder Sitzbänken die Anzahl und Anordnung der zur Verfügung stehenden Sitzplätze je nach Bedarf zu variieren. In diesem Zusammenhang erweist sich die Kontaktierung der elektrischen Einrichtungen in oder an den Fahrzeugsitzen über elektrische Kabel und Steckerkontakte als problematisch. So stellt das Herstellen bzw. Lösen der elektrischen Verbindung einen zusätzlichen Arbeitsschritt beim Ein-, Aus- und Umbau der Sitze dar, der für die eigentliche Montage der Sitze zwar nicht zwingend erforderlich ist, aber keines Falls vergessen werden darf, da eine Fehlauslösung der Rückhaltemittel fatale Folgen für die Insassen haben kann. Außerdem beträgt die garantierte durchschnittliche Lebensdauer von Steckern, die derzeit in Verbindung mit Rückhaltesystemen eingesetzt werden, lediglich ca. 50 bis 100 Steck- und Entsteckzyklen. Hinzu kommt, dass im Kfz-Bereich immer mit einer Verschmutzung der Steckerkontakte zu rechnen ist, so dass insbesondere bei häufigeren Veränderungen der Sitzkonfiguration Beeinträchtigungen der elektrischen Verbindung auftreten können.
• In der deutschen Offenlegungsschrift 197 40 732 wird eine Vorrichtung zum drahtlosen Übertragen von Signalen und/oder Energie der eingangs genannten Art beschrieben. Das karosserieseitige Übertragungsmodul steht hier über eine Leitungsverbindung mit einer Überwachungseinheit des Fahrzeugs in Verbindung und ist im Boden oder in einer Seitenverkleidung des Fahrzeugs integriert. Das sitzseitige Übertragungsmodul ist ebenfalls über eine Leitungsverbindung mit einer elektrischen Einrichtung des Fahrzeugsitzes, wie z. B. einem Gurtstraffer, verbunden. Beide Übertragungsmodule umfassen HF-Spulenantennen, die einander gegenüberliegend, in einem definierten Abstand D voneinander angeordnet sind, wenn der Fahrzeugsitz ordnungsgemäß eingeriegelt ist. Bei dem in der DE 197 40 732 A1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Fahrzeugsitz zusammen mit seiner Laufschiene aus dem Fahrzeug entnehmbar. Die sitzseitige HF-Spulenantenne ist an der Laufschiene montiert. Beim Einbau des Fahrzeugsitzes wird die Laufschiene an einem definierten Punkt des Fahrzeugbodens befestigt, so dass auch die sitzseitige HF-Spulenantenne eine definierte Position gegenüber dem Fahrzeugboden und der karosserieseitig angeordneten HF-Spulenantenne einnimmt.
• Die in der DE 197 40 732 A1 beschriebene Vorrichtung überwindet zwar einen Teil der eingangs erörterten Probleme, die in Verbindung mit einer Signal- und Energieübertragung über elektrische Leitungen und Steckerkontakte auftreten. Sie erweist sich aber bei häufigeren Veränderungen der Sitzkonfiguration dennoch als problematisch, da die beiden HF-Spulenantennen aufgrund ihrer exponierten Anordnung an der Fahrzeugkarosserie einerseits und an der Laufschiene andererseits anfällig sind für mechanische Beeinträchtigungen, die bei der Sitzmontage nicht zu vermeiden sind. Dadurch kann es zu einer undefinierten Veränderung des Abstands D zwischen den beiden HF-Spulenantennen kommen, die wiederum eine Beeinträchtigung der Signal- und Energieübertragung zwischen den beiden Übertragungsmodulen zur Folge hat.
Vorteile der Erfindung
• Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der Signale und Energie kontaktlos zwischen einer karosserieseitigen elektrischen Einrichtung und einer elektrischen Einrichtung in oder an einem Fahrzeugsitz übertragen werden können, wobei eine zuverlässige Signal- und Energieübertragung auch bei häufigen Veränderungen der Sitzkonfiguration gewährleistet ist, ohne dass der Fahrzeugbenutzer hierfür besondere Vorkehrungen treffen muss.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das karosserieseitige Übertragungsmodul in das Schienensystem für den Fahrzeugsitz integriert ist und dass das sitzseitige Übertragungsmodul so in das Schienensystem einkoppelbar ist, dass die Signal- und/oder Energieübertragung über den im Schienensystem erzeugten Verschiebestrom erfolgt.
• Bei modernen Kraftfahrzeugen ist das Schienensystem für den Fahrzeugsitz in den Fahrzeugboden integriert, und zwar möglichst so, dass der Fahrzeugboden bei ausgebauten Fahrzeugsitzen eine ebene Ladefläche darstellt. Die Fahrzeugsitze werden über eine sitzseitig angeordnete, mechanische Koppelvorrichtung, wie z. B. eine Klammer- oder Rastvorrichtung, mit dem Schienensystem verbunden. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich das karosserieseitige Übertragungsmodul einfach in das Schienensystem integrieren lässt, bzw. dass sich das Schienensystem einfach als elektrische Leitung für hochfrequente Signale und Energie auslegen lässt. Außerdem ist erkannt worden, dass die Integration des karosserieseitigen Übertragungsmoduls in das Schienensystem auch eine Signal- und Energieübertragung bei variabler Positionierung des Fahrzeugsitzes am Schienensystem ermöglicht. Dazu wird erfindungsgemäß der in Verbindung mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern (Frequenz >= 100 kHz) auftretende Verschiebestrom ausgenutzt. Der Verschiebestrom ermöglicht eine Signal- und Energieübertragung auch ohne galvanischen Kontakt, wobei bei geeigneter Geometrie und Auslegung des karosserieseitigen Übertragungsmoduls eine Energieabstrahlung in den Fahrzeuginnenraum und damit verbundene Störungen anderer Fahrzeugsysteme vermieden werden können. Der im Schienensystem erzeugte Verschiebestrom wird erfindungsgemäß durch das sitzseitige Übertragungsmodul abgegriffen, das dazu in das Schienensystem eingekoppelt wird.
• Da die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Signal- und Energieübertragung zwischen der Fahrzeugkarosserie und Wem Fahrzeugsitz ohne Kabel- und Steckerverbindung ermöglicht, entfallen diesbezügliche Kosten. Lästige Stolperfallen, wie sie Kabelverbindungen im Bodenbereich des Fahrzeuginnenraums immer darstellen, werden eliminiert.
• Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Übertragen von Signalen und/oder Energie in die mechanische Einbauvorrichtung für den Fahrzeugsitz integriert ist, muss der Fahrzeugbenutzer die elektrische Kontaktierung von Sicherheitssystemen in und am Fahrzeugsitz nicht selbst aktiv vornehmen. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die einzelnen Fahrzeugsitze also beliebig ein- und ausgebaut werden, ohne dass sich dadurch das Sicherheitsrisiko, bedingt durch einen Ausfall oder eine Fehlauslösung von Rückhaltemitteln, erhöht.
• Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere des karosserieseitigen und des sitzseitigen Übertragungsmoduls.
• Wie bereits erwähnt, lässt sich das karosserieseitig integrierte Schienensystem in vorteilhafter Weise relativ einfach als elektrische Leitung für hochfrequente Energie bzw. Signale ausbilden. So kann zumindest ein Teil des Schienensystems beispielsweise als Koaxialleitung, Zweidrahtleitung, planare Struktur oder auch als Hohlleitung realisiert sein.
• Je nach Ausbildung des sitzseitigen Übertragungsmoduls kann der im Schienensystem erzeugte Verschiebestrom kapazitiv oder auch induktiv abgegriffen werden. Bei einer kapazitiven Ein- bzw. Auskopplung werden die elektrischen Feldlinien des elektromagnetischen Feldes eingefangen, während bei einer induktiven Ein- bzw. Auskopplung die magnetischen Feldlinien eingefangen werden. Ist zumindest ein Teil des Schienensystems als elektrische Leitung für hochfrequente Energie bzw. Signale ausgebildet, so kann eine kapazitive Ein- bzw. Auskopplung einfach über eine Koaxialleitung erfolgen, deren Innenleiter in einem Koppelstift endet. Dazu wird der Koppelstift einfach in das elektromagnetische Feld im Innern der elektrischen Leitung eingebracht. Auch eine induktive Ein- bzw. Auskopplung kann in diesem Fall einfach über eine Koaxialleitung realisiert werden, wenn der Innenleiter dieser Koaxialleitung in mindestens einer Leiterschleife endet. In diesem Fall wird die Leiterschleife in das elektromagnetische Feld im Innern der elektrischen Leitung eingebracht.
• Die Signal- und Energieübertragung zwischen dem karosserieseitigen Übertragungsmodul und dem sitzseitigen Übertragungsmodul kann auch über eine sogenannte Aperturkopplung erfolgen. In diesem Fall muss die karosserieseitige elektrische Leitung für hochfrequente Energie bzw. Signale mit Aperturen versehen sein und das sitzseitige Übertragungsmodul muss ebenfalls eine elektrische Leitung für hochfrequente Energie bzw. Signale mit Aperturen umfassen. Wenn die Aperturen der sitzseitigen elektrischen Leitung entsprechend den Aperturen der karosserieseitigen elektrischen Leitung angeordnet und gegeneinander ausgerichtet sind, kann eine Signal- und Energieübertragung zwischen den beiden elektrischen Leitungen stattfinden.
Zeichnungen
• Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das die Signal- und Energieübertragung zwischen einer karosserieseitig angeordneten elektrischen Einrichtung und einer sitzseitig angeordneten elektrischen Einrichtung wiedergibt,
• Fig. 2 zeigt den Schnitt durch eine Laufschiene für einen Fahrzeugsitz, die als karosserieseitiges Übertragungsmodul einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dient, und
• Fig. 3 zeigt eine schematisierte Schnittansicht durch das karosserieseitige Übertragungsmodul und das sitzseitige Übertragungsmodul einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im eingekoppelten Zustand.
• Beschreibung des Ausführungsbeispiels
• Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt, wie bereits erwähnt, eine Vorrichtung zum Übertragen von Signalen und/oder Energie zwischen einer karosserieseitigen elektrischen Einrichtung 1 und einer elektrischen Einrichtung 5 in oder an einem Fahrzeugsitz. Beide elektrischen Einrichtungen 1 und 5 können sowohl als Signal- und Energiequelle als auch als -senke fungieren. Bei der karosserieseitigen elektrischen Einrichtung 1 kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät für eine Sicherheitseinrichtung oder eine Komforteinrichtung in einem Fahrzeugsitz handeln, die dann die sitzseitige elektrische Einrichtung 5 bildet.
• Die elektrische Einrichtung 1 ist über eine Leitungsverbindung mit einem ebenfalls karosserieseitig angeordneten Übertragungsmodul 2 verbunden. Dieses bildet zusammen mit einem der sitzseitigen elektrischen Einrichtung 5 zugeordneten Übertragungsmodul 3 eine drahtlose Übertragungsstrecke auf HF-Basis.
• Erfindungsgemäß ist das karosserieseitige Übertragungsmodul 2 in das Schienensystem integriert, mit dem der Fahrzeugsitz im Fahrzeuginnenraum befestigt und geführt wird. Dazu ist zumindest ein Teil des Schienensystems als elektrische Leitung für hochfrequente Energie bzw. Signale ausgebildet.
• In Fig. 2 ist beispielhaft eine in das Schienensystem integrierten elektrische Leitung 10 mit koaxialer Struktur dargestellt. Fig. 2 soll lediglich das Grundprinzip dieser Realisierungsform veranschaulichen. Die elektrische Leitung 10 umfasst einen Innenleiter 11 und einen Außenleiter 12, wobei der Außenleiter 12 durch die Führungsschiene für den Fahrzeugsitz gebildet wird. Diese ist über Schrauben 13 am Fahrzeugboden, also karosserieseitig befestigt. Obwohl der Außenleiter 12 im hier dargestellten Ausführungsbeispiel nicht vollständig geschlossen ist, wird im vorliegenden Fall keine Energie im Sinne einer Antenne in den Fahrzeuginnenraum abgestrahlt, so dass keine Störungen im Sinne von EMV und EMVU auftreten.
• Die eigentliche Signal- bzw. Energieübertragung in den Fahrzeugsitz erfolgt mit Hilfe des sitzseitig angeordneten Übertragungsmoduls 3, das über eine Leitungsverbindung 4 mit der sitzseitigen elektrischen Einrichtung 5 verbunden ist. Hierbei macht man sich die Existenz des Verschiebungsstroms als wesentliches Merkmal hochfrequenter elektromagnetischer Felder mit einer Frequenz >= ca. 100 kHz zunutze. Dieser ermöglicht eine Signal- bzw. Energieübertragung auch ohne galvanischen Kontakt. Wie bereits erwähnt, kann eine unerwünschte Abstrahlung in den Fahrzeuginnenraum bei geeigneter Auslegung der Geometrie der Übertragungsmodule 2 und 3 vermieden werden. Solange die Signal- bzw. Energieübertragung im hochfrequenten Bereich stattfindet, ist die Übertragungsfrequenz im Hinblick auf eine möglichst optimale Auslegung des Systems frei wählbar. An dieser Stelle sei auch nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine vollständig bidirektionale Signal- und Energieübertragung ermöglicht.
• Weist das karosserieseitige Übertragungsmodul 2 eine koaxiale Struktur auf, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, so kann die Aus- bzw. Einkopplung von Signalen bzw. Energie durch das sitzseitige Übertragungsmodul 3 kapazitiv, induktiv oder beispielsweise auch durch Aperturkopplung erfolgen.
• Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das karosserieseitige Übertragungsmodul 2 eine koaxiale Struktur auf. Die Signal- bzw. Energieein- und -auskopplung erfolgt hier kapazitiv über den Innenleiter 16 einer im Fahrzeugsitz angeordneten Koaxialleitung 15, die an die sitzseitige elektrische Einrichtung 5 angeschlossen ist. Das freie Ende des Innenleiters 16 ist als Koppelstift 17 ausgebildet, der beim Einrasten des Fahrzeugsitzes in eine Arretierung automatisch in die Schlitzung 18 des Schienensystems eingebracht wird.
• Zur Realisierung einer Aperturkopplung zwischen den beiden Übertragungsmodulen 2 und 3 müssen geeignete Aperturen, wie z. B. Schlitze, in dem als Leitung ausgelegten Schienensystem ausgebildet sein sowie in einem entsprechenden Gegenstück, das dann als sitzseitiges Übertragungsmodul fungiert.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Übertragen von Signalen und/oder Energie zwischen einer karosserieseitigen elektrischen Einrichtung (1) und einer elektrischen Einrichtung (5) in oder an einem Fahrzeugsitz, wobei den beiden elektrischen Einrichtungen (1; 5) jeweils ein Übertragungsmodul (2; 3) zugeordnet ist und die beiden Übertragungsmodule (2; 3) eine drahtlose Übertragungsstrecke auf HF-Basis bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das karosserieseitige Übertragungsmodul (2) in das Schienensystem für den Fahrzeugsitz integriert ist und dass das sitzseitige Übertragungsmodul (3) so in das Schienensystem einkoppelbar ist, dass die Signal- und/oder Energieübertragung über den im Schienensystem erzeugten Verschiebestrom erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Schienensystems für den Fahrzeugsitz als elektrische Leitung (10) für hochfrequente Energie bzw. Signale ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Schienensystems als Koaxialleitung (10), Zweidrahtleitung, planare Struktur oder als Hohlleitung realisiert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das sitzseitige Übertragungsmodul (3) so ausgebildet ist, dass die Einkopplung zur Signal- und/oder Energieübertragung kapazitiv, induktiv oder durch Aperturkopplung erfolgt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sitzseitige Übertragungsmodul (3) eine Koaxialleitung (15) umfasst, deren Innenleiter (16) in einem Koppelstift (17) endet, und dass der Koppelstift (17) zur Signal- und/oder Energieübertragung in die elektrische Leitung (10) einbringbar ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sitzseitige Übertragungsmodul eine Koaxialleitung umfasst, deren Innenleiter in mindestens einer Leiterschleife endet, und dass die Leiterschleife zur Signal- und/oder Energieübertragung in die elektrische Leitung einbringbar ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung Aperturen aufweist und dass das sitzseitige Übertragungsmodul ebenfalls eine elektrische Leitung für hochfrequente Energie bzw. Signale mit Aperturen umfasst, wobei die Aperturen der sitzseitigen elektrischen Leitung entsprechend den Aperturen der karosserieseitigen elektrischen Leitung angeordnet sind.